基于3D打印模型结合关节镜模具的CBL教学在运动医学教学中的应用

颜瑞健 吴一帆 冯刚

近年来，随着运动医学的蓬勃发展，传统的教学方式已无法满足学员更高且多样化的需求。从理论到技术的系统性运动医学教育已经面临全新的挑战，亟需开展相应的探索研究[1,2]。随着计算机技术、医学影像学和3D 打印技术的发展，基于数字化技术实物模拟打印为临床理论教学提供了便利，而关节镜模具则可以给研究生技能培养提供更多实践操作机会[3]。本次研究拟采用基于3D 打印模型结合关节镜模具的案例教学（case-based learning，CBL）模式，对其临床教学效果进行报道，为系统性运动医学教育的发展探索提供参考。现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选择2020 年6 月至2021 年2 月期间在浙江大学医学院附属第二医院骨科参加住院医师规范化培训的专业学位硕士研究生30 名，均为研究生第一年，初次轮转运动医学亚专科，能参加模具操作。所有学生对本次研究均获得知情同意，随机分为CBL 教学实验组和传统教学组各15 名。CBL 教学实验组中男性13 名、女性2 名；年龄26～31岁，平均年龄（26.81±1.72）岁；传统教学组中男性12 名、女性3 名；年龄25～30岁，平均年龄（26.75±1.53）岁。两组在性别、年龄等一般资料比较，差异均无统计学意义（P均＞0.05）。

1.2 方法 两组学生由同一具有带教资质的高年制运动医学专业教师进行授课，带教病例为1例典型的肩袖损伤（冈上肌腱全层撕裂）患者。病例提前选定，保证文书记录、实验室检查和影像学检查等资料完整齐全。参照学校教学大纲要求及医院的总体安排，保证两组的教学课时和知识内容基本相同。

CBL 教学实验组采用基于3D 打印模型结合关节镜模具的CBL 教学。助教提前拟定肩袖损伤相关的问题，然后将其发给学员让其提前进行课程的预习。按照肩袖损伤病例的双侧肩关节CT 和MRI 扫描数据，利用Mimics21 图像处理软件导入DICOM 格式数据，采用CALCULATE3D 命令建立肩关节的三维模型并保存，由浙江省三维打印工艺与装备重点实验室采用JS-600-H 打印机进行3D 打印。打印模型通过扫描仪三维扫描后和原始数据进行比对，控制误差精度在1 mm 以内。学员先结合病史、体格检查和辅助检查进行讨论，然后给出初步的诊疗方案。教师先采用课件结合3D打印模型方式详细讲解肩袖损伤相关理论知识和治疗方案，并再采用手术视频结合关节镜模具操作的方式进行教学，然后总结知识和操作技术要点。教师提问让学生进行讨论，最后答疑并检查评估小组知识掌握度。同时，2名一组进行采用关节镜模具操作，在教师指导下进行关节镜下肩关节检查基本操作，包括简单的镜下肩袖缝合，相互轮流操作。

传统教学组采用传统教学方案。学员通过病史、查体和影像学检查经小组讨论后得出初步诊疗意见；教师采用多媒体课件方式传统大班理论授课讲解肩袖损伤相关理论知识和治疗方案，采用手术视频来讲解手术方案及操作技术要点；然后教师讲解提问让学生进行讨论，最后答疑并检查评估小组知识掌握力度。

1.3 评价指标 教学完成后，设计相应问卷对学生的课堂兴趣满意度进行评价。调查问卷表主要内容包括学习积极性、学习兴趣、课堂活跃度及师生互动等，总分10分；理论知识掌握度则采用试卷理论考试的方式进行评价，为百分制；对手术方案的理解也采用百分制方式进行评价。

1.4 统计学方法 采用SPSS 24.0 统计学软件进行数据分析。计量资料以均数±标准差（）表示。组间计量资料比较采用t检验。设P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

两组学生教学效果评分比较见表1。

表1 两组学生教学效果评分比较/分

由表1 可见，CBL 教学实验组学生的课堂兴趣满意度、理论知识掌握度和手术方案理解度均高于传统教学组，差异均有统计学意义（t分别=5.47、3.58、7.94，P均＜0.05）。

3 讨论

肩袖损伤在运动医学中比较常见，对患者身心健康及工作生活造成严重影响，目前主要治疗方式是关节镜微创修复。由于肩关节被周围众多的肌腱、肌肉和韧带包裹，解剖结构相对复杂。在临床运动医学教学中学生经常反映理论知识抽象难以消化理解，尤其对于部分空间想象力比较差的研究生，难以在大脑中构想出具体外观，导致学生学习兴趣和效率较低，影响了学员对知识的理解[4]。3D打印肩关节模型可以立体展示教学所需的解剖结构，迅速建立起关节及周围组织的三维结构，从而促进对肩袖损伤机理的理解[5]。本次研究结果显示，CBL 教学实验组学生的课堂兴趣满意度高于传统教学组（P均＜0.05），提示CBL 教学结合3D 打印模型的教学模式由于增加了3D 打印模型展示和实践环节，学生的学习兴趣和积极性明显增加，这是教学效果提升的重要因素。

关节镜手术理论知识复杂，有较多的镜下操作，对学生的解剖集成及空间思维能力要求极高。目前，国内运动医学教学模式相对滞后，严重制约了关节镜技术的发展和应用开展。另外，由于学员缺少临床实际经验，因此，对关节镜手术的原理和方案理解比较肤浅，通过传统的大班授课方式效果往往不佳。而关节镜模具的使用可以使教学内容和形式综合化、动态化和形态化，避免传统教学单一且静态等不足，从而明显提高学员对相关知识和手术操作的理解[6]。本次研究结果显示，CBL 教学实验组学生的理论知识掌握度和手术方案理解度均高于传统教学组（P均＜0.05），提示CBL 教学结合3D 打印模型的教学模式有助于提高对手术方案的理解。因为在实践操作中，学员可以将知识及时的应用于操作，并获得反馈从而加深学员对肩袖损伤手术治疗的理解。这种动态的学习方式可以明显提升其操作能力。

在日常教学环节中加入模具操作可以带来众多优点，包括：①由于不需要面对真实的患者，学员的紧张心理可以明显缓解，同时也避免了在临床操作中由于学员经验不足带给患者的风险；②有助于理论知识和临床实践紧密结合，在学员操作过程中老师可以及时指出学员的错误，然后及时反馈，提高其临床案例的思考分析能力；③在模具操作中，不会给患者带来风险，所以可以对学员部分习惯性错误进行复盘分析，让学生更好地改正错误并巩固相应知识和技能；④模具的采用增加了学员的实践操作，避免了纯理论知识教学的抽象和乏味，可以明显地增加其学员兴趣，从而使其学习过程中的注意力更集中。因此，将关节镜模具及CBL 教学结合起来使得运动医学教学变得多样化、生动化和具体化，取得了良好的效果。

规培初期的临床专业研究生的临床经验积累还比较欠缺，仅通过病史、体格检查和辅助检查很难对运动医学专业知识和疾病有深入认识。单纯的视频观摩也难以对临床实际手术操作有切身体会，无法掌握关键的手术操作要点[7]。首先，重建肩关节的三维图像并导出数据、3D 模型打印可以供学生直观地观看，可以加深学生对肩袖损伤相关理论知识的掌握；然后，利用关节镜模具将学和做结合起来，一方面可以把理论知识和实践结合起来，提高学员在将来在日常工作中思考并解决临床问题的能力；另一方面还可以明显增加学生的积极性，激发其创新性，有利于培养学员运动医学疾病的诊治思维，使其在日后工作可以更好地将关节镜微创理念和技术应用于临床。

综上所述，基于3D打印模型结合关节镜模具的CBL教学模式在运动医学教育中要明显优于传统教学模式，可明显提高临床教学效果。本次研究也存在一些不足，单一的教学中心、教学投入时间较短，由于存在实践操作要求，学生在课前的投入时间也会存在一定差异，均可能会造成本次研究结果一定的偏移。另外，课前筹备时间较长、仪器材料及模具价格不菲等因素，在基层医院很难普及开展。