3D打印眼模型在医学生直接检眼镜教学中的应用

吴 婵，刘雨桐，戴荣平，张美芬，钟 勇，陈有信

(中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院 眼科， 北京 100730)

在目前临床医学八年制本科生的教学体系中，眼科的学习时间较短。眼科学(ophthalmology)是一个非常依赖各类检查仪器的学科，其检查仪器包括眼压计、裂隙灯、直接检眼镜(direct ophthalmoscopy)和间接检眼镜等等。在眼科的学习过程中，很多学生对眼科的各种仪器操作感到有一定的困难，很难在较短的时间内掌握相应的操作要点，尤其是眼底的检查仪器[1]。而直接检眼镜检查眼底正是非常重要的眼科基本功，是初步了解眼底情况的重要工具，也是一项重要的医学技能[2-3]，在很多临床科室都有着重要的意义，可以帮助眼科、神经科、急诊科和妇产科等医生对于一些危及视力甚至生命的情况第一时间作出判断并积极救治[4]。国际上很多急诊科、神经内科等医师都掌握了基本的直接检眼镜眼底检查技术，这和医学生阶段打下的良好基础不无关系[5-6]，中国本科生眼科教学也迫切需要提高学生的直接检眼镜眼底检查能力。

在眼科教学中，检眼镜练习常以互相看眼底为主，看患者眼底为辅，这本身就重复性较低，难以在短时间内达到一定的熟练度。很多学生反映互相看眼底眼睛太过疲劳，尤其是不熟练的情况下，看眼底所需时间较长，会对对方眼底造成一定的光损伤。而以患者作为练习对象时，很多学生会紧张，更难掌握直接眼底镜的使用技巧。因此，需要探索新的教学方法，才能为医学生打下良好的眼科基础，和国际上其他医学院校的眼科学教育相接轨。如何增加重复训练的机会及提高学生的兴趣是其中的关键。因此，本研究开发了一种人眼模型用于直接眼底镜的教学，希望从根本上解决上述问题，提高学习效率。本文就人眼模型辅助训练教学法和传统教学法在眼科临床教学中的效果进行了对照性研究和分析，探索在眼科临床教学活动中引入人眼模型用于直接检眼镜教学的可行性。

1 对象与方法

1.1 研究对象

研究对象为92名进入眼科学习的2012级北京协和医学院八年制临床医学本科生，均为第6年医学生，以见习小组为单位随机分配到两组：A组(模型训练组)及B组(传统训练组)，两组学生均没有直接检眼镜的学习或操作经历。

1.2 研究方法

1.2.1 人眼模型的设计:人的眼球是一个暗房，因此，本研究最初选用了2 mm椴木层板，使用激光切割机切割后黏接成暗房内所有结构，一侧表面设计为模拟瞳孔，内设可固定仿真眼球的隔层，瞳孔中轴与眼球中轴位于同一条直线上。因为临床工作中可能会接触到不同瞳孔大小的患者，本研究设计了大中小3种不同孔径的圆孔模拟瞳孔，以8、5和3 mm分别代表大中小瞳孔的孔径，同时为了方便更改瞳孔大小用于教学，将其设计为了可调节式瞳孔，使该模型具有更强的实用性(图1)。

如果将人眼简化成单球面折射系统，认为眼睛只由一种介质组成， 其折射率为1.33， 聚丙烯(树脂)折射率为1.49，玻璃折射率为1.5， 均可用于制作仿真眼球，本研究选用了玻璃作为本研究的仿真眼球。因为健康人眼径约22～24 mm，所以选取直径22 mm大小的玻璃体球作为仿真眼球，将其置入暗房内部，并在其后表面贴上已打印的数字、文字、图案或真实眼底图，来模拟眼底。这样，学生就可以通过这个瞳孔大小的孔来看暗房内部的模拟眼底，并反复练习。

图1 可调节瞳孔大小的模拟暗房正面Fig 1 Front side of the pupil-adjustable eye model

为了使眼底图片更接近真实眼底的效果，本研究将正常眼底图进行缩小并不断测试，发现将眼底图片缩小到1 cm x1 cm大小，同时保证视盘直径为1.5 mm时，即可模拟正常眼底。因此本研究将相同规格的不同眼底图片缩小至1 cm ×1 cm大小，黏贴于仿真眼球正后方，并将暗房的背面设计为可打开式(图2)，这样可以方便更换图片，以扩展眼底教学的范围，方便学生掌握更多的眼底疾病。经过多次测试，进一步采用了三维(3-dimension,3D)打印材料来模拟暗房(图3)。

图2 模拟暗房背面打开细节图Fig 2 Back and interior details of the eye model

图3 3D打印的模拟暗房正反面及内部细节图Fig 3 Front, back and interior details of the 3D printed eye model

1.2.2 分组训练方法:对两组学生均先进行同样的理论讲课，讲解了直接检眼镜的应用方法和要点。然后A组学生先用人眼模型练习看眼底，从8 mm的瞳孔直径开始熟悉眼底镜的使用方法，待熟练后自行将可调节瞳孔调节至5 mm，最终调节为3 mm的瞳孔直径。仿真眼球后表面的贴图也从简单的数字、文字开始，逐渐替换成真实眼底图片。练习1 h后，学生开始互相练习看眼底。B组学生直接互相练习看眼底。两组学生经过相同时间的训练后，选取难度相同的真实患者眼底来让学生们进行测试，以120 s为考核时限，记录是否能看清视盘、看清视盘杯盘比的反应时间及正确与否，最后汇总数据，进行统计学分析(图4)。

图4 两组识别率的Kaplan-Meier分析Fig 4 Kaplan-Meier analysis of the recognition rate in the two groups

1.3 统计学分析

采用R 3.5.0软件进行统计分析。采用χ2检验比较两组看清视盘及杯盘比的成功率，结果以差值和95%置信区间表示。看清眼底所需时间采用Kaplan Meier总结和Log-Rank检验，在120 s内未能看到眼底则记录为右侧删失，结果以中位成功时间和95%置信区间表示。

2 结果

参加直接检眼镜技能训练的医学生共92名，其中男生36名，女生56名，年龄23～26岁，A组及B组各有46名学生，两组学生在年龄、性别构成及理论考试成绩等方面差异均无统计学意义。A组经模型辅助训练后，共43人成功看到眼底(93.48%)，B组经传统训练后，共21人看到眼底(45.65%)(表1)，两组组间差为47.83%，95%置信区间为29.59%～66.07%，P<0.001， A组明显优于B组(表2)。

表1 两组培训方式考核结果Table 1 Performance of the two groups[n/%]

表2 两组培训方式成功率比较

A组经模型辅助训练后，看清眼底的中位识别时间为29 s；95%置信区间为23～45 s。由于对照组的识别率有限，无法估计中位时间，但是，基于其95%置信区间下限估计，至少需要80 s以上。对数秩检验的P值<0.001， A组明显优于B组(表3)。

表3 两组培训方式成功识别中位时间比较

3 讨论

近年来，随着3D打印技术的发展，其在医学教育中的应用也越发广泛[7-10]。本研究介绍了一种提高直接检眼镜学习能力的3D打印眼部模型的构建，并在临床医学本科生的教学中评估了其有效性，探索了直接检眼镜教学的新方法。

众所周知，学习离不开记忆，从艾宾浩斯(H.Ebbinghaus)的遗忘曲线可知，记忆需要不断地重复才能达到较好的效果，这就是教学中“反复”对于积极记忆的重要性[11]。当然反复绝对不同于简单的重复，简单的重复是一种效率较低的教学方法，很容易引起学生的反感而降低他们的学习兴趣。而教学中的反复应是对于同一知识点的不同层次的再认知，是一种阶梯式的提升，在这样的反复下，随着学习兴趣和强度的增加，更多的记忆将被储存在长期记忆中，形成永久的技能。在传统的眼科教学中，检眼镜练习以学生互相看眼底为主，看患者眼底为辅，这种“看一个，做一个，教一个”的教学方法重复性较低，并且没有阶梯式的提升，难以增加学生的自信心和学习兴趣，难以形成有效的积极记忆。

通过人眼模型的可调节瞳孔及不同难度的眼底图片，本研究从最简单的学习难度开始，先通过大瞳孔来识别眼底的数字、文字，在此过程中，学生可以对直接检眼镜的光斑调节、屈光度调节反复调试，熟悉其各个零部件的功能及应用，同时可以反复训练正确的持镜距离及用眼方式，一旦能够看到相应的数字及文字，就会对学生形成正向反馈，增强他们的学习信心。然后逐渐增加学习难度，将瞳孔大小逐步调成中等大小的瞳孔及小瞳孔，眼底图片也逐步替换成真实的眼底图，让学生循序渐进地提升学习能力，不断增加学习兴趣，逐步建立起应用直接检眼镜的信心。此外，能否准确说出相应的数字及文字序列也使教师能够即时评估学生是否已经掌握了该难度的眼底检查，是否可以增加学习难度，在此过程中，学生能够即时反馈学习中的困难，使教师能够更有倾向性地指导学生、纠正错误。这种教学方法由于重复性高，而且是阶梯式提升的重复，更容易使学生形成长期记忆，更好地掌握直接检眼镜的检查技术。

不断增强的难度也能激励学生更加努力，并克服学习过程中可能出现的任何障碍。经过模型辅助训练后，学生们在检查其他同学或者患者时更自信，在以患者为对象的考试过程中，模型训练组也普遍反映面对患者的紧张与焦虑程度降低。因此，这种3D打印的眼底模型可以作为现有直接检眼镜教学方法的补充，显著提高学生的学习兴趣、学习效率及学习效果，在短期内使学生掌握直接检眼镜的检查技能。这种模型辅助的训练方法不仅可以应用于医学生的眼科教学，而且可以推广到眼科研究生、住院医的教学，甚至可以用于急诊科、神经内科等科室医生的短期培训，从而使更多危及视力及生命的疾病得到更快的诊治，为眼科教育注入新的活力。