PBL教学法联合3D打印在神经外科临床教学中的效果分析

张 科 张义泉 王先祥 叶 雷 代兴亮

神经外科学是一种专业型相对较强的临床学科，术语多且复杂，故而，对神经外科相关的解剖和疾病知识有效的讲解，一直以来都是临床医生带教时亟待解决的问题[1]。在以往的临床带教过程中，针对医学见习、实习和规培生的教学，单纯的传统授课（lecture-based learning，LBL）方法往往无法达到很有效的教学效果，学生对各组织、器官的结构以及疾病的临床特征缺乏直观感受[2]。基于问题的教学方法（problem-based learning，PBL）是一种以学生为中心、以问题为导向的新型教育教学方法。在临床带教时，可以从个体化的病情出发，培养学生提出问题、分析问题和解决问题的能力，同时激发学生的兴趣[3]。此外，近年来流行的3D生物打印模型具有高仿真特点，可以使得抽象的影像学图片呈现出与实际组织或器官等比例的实体模型，并且可以通过使用不同的材料，直观地区分出不同组织结构。目前，3D生物打印技术已应用于临床教学活动中，杨进等[4]构建了脊柱重度滑脱的骨科3D生物打印模型，显著提高了骨科研究生对该疾病的认知。孟庆友[5]建立心血管系统的正常解剖学结构3D生物打印模型，提高了医学生教学效率。然而针对神经外科相关的3D生物打印技术的教学方法的报道仍然较少。神经系统由于神经纤维束、血管等组织密集分布而造成的复杂的解剖学结构特征，3D生物打印模型能预先模拟病灶与周围重要神经和血管的位置关系，继而在手术治疗方案的决策上，可发挥重要的作用。因此，我们推测将PBL教学与3D生物打印技术结合，能够有效地促进医学实习生对疾病的理解，起到事半功倍的作用[6]。我们在PBL教学基础上，利用3D生物打印技术构建疾病的实体模型，对复杂难懂的神经外科脊髓脊柱疾病进行讲解，为临床教学探索一种更加合理、更加容易传授知识、更加容易被医学生接受、更为生动活泼的教学新模式。

1 资料与方法

1.1 研究对象 将2018年10月-2020年10月在本医院神经外科脊髓脊柱亚专业组实习的80名同学，以随机数字表法分为PBL教学组（PBL组）和PBL教学联合3D生物打印教学组（PBL+3D组），每组实习同学40名。每名同学的本科阶段的神经外科理论课内容均由本科室高年资医生进行授课，以保证所接受的知识背景和结构之间无明显差异。

1.2 研究方法 两组均由神经外科脊髓脊柱亚专业1名具有副主任医师资格的临床医师进行授课，由另一名副主任医师进行评分，选取《外科学》神经外科部分PBL教学内容。PBL组的授课内容以口头授课为主，结合患者MRI和CT等影像学资料，用4种典型的脊髓脊柱神经外科疾病（脊髓外伤、椎管肿瘤、椎间盘突出和小脑扁桃体下疝）为示例，对脊髓脊柱病变进行详细讲解，同时讲授脊髓脊柱正常的和病理状态下的血管、神经和骨性解剖结构。PBL+3D组的授课为在口头教学的基础上，用4个典型病例的3D生物打印高仿真模型进行示教。3D生物打印模型选择患者3.0T核磁共振（层厚1 mm）和/或高分辨薄层CT扫描（层厚0.5 mm）的影像学DICOM数据，通过mimics 17.0和3-MATIC 9.0软件进行三维重建，利用3D生物打印机（J750，Stratasys公司，美国），对不同模块的组织选择使用不同硬度、颜色和透明度的材料，利用光固化原理使用光敏树脂材料进行1∶1比例打印，完成后使用高压水枪去除支撑材料。

1.3 教学效果评估 两组同学对神经外科脊髓脊柱疾病的临床实习效果通过教学问卷调查和临床能力测试进行考核评价。教学问卷调查采用自行设计的调查问卷进行调查，内容包括对教学模式的感兴趣程度、注意力集中程度、疾病认知程度和教学满意度4个方面，每项25分，总分100分。临床能力测试采用提出专业问题考察其理论知识和分析临床病例两方面进行，每一个方面占50分，总分100分。

1.4 统计学分析 采用SPSS统计软件（19.0版本，IBM公司）对数据进行分析，计量资料以均数和标准差（）表示，两组之间的比较采用成组t检验或Mann-Whitney U检验；同组治疗前后血清炎症指标间的比较时，使用配对t检验；计数资料采用卡方检验或Fisher精确检验，P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 两组学生一般资料情况比较 PBL组学生40人，其中男27人（67.5%），女13人（32.5%）；年龄21～26岁，平均年龄（23.33±1.68）岁；PBL+3D组学生40人，其中男25人（62.5%），女15人（37.5%）；年龄20～26岁，平均年龄（22.92±2.15）岁，两组学生年龄（t=0.925，P＞0.05）和性别（χ2=0.220，P＞0.05）差异均无统计学意义，具有可比性。本研究的调查问卷共发放80份，回收率100%，临床能力考核80人，考核率100%。以本科阶段专业课理论考试成绩评估两组同学的学习能力，PBL组学生平均得分为（83.15±4.78）分，PBL+3D组学生平均得分为（83.55±4.50）分。两组学生的一般资料及学习成绩比较，差异均无统计学意义（t=-0.385，P＞0.05），具有可比性。

2.2 两组学生对教学模式的问卷调查 分别对两组学生进行教学模式自我评分调查问卷，内容包括对教学模式的感兴趣程度、注意力集中程度、疾病认知程度和教学满意度等4个方面，每项满分25分，总分100分。结果可见PBL+3D组学生的4个专项得分及总分均高于PBL组，差异均具有统计学意义（P＜0.05）。见表1。

表1 两组学生对教学模式的自我评价得分比较（，n=80）

表1 两组学生对教学模式的自我评价得分比较（，n=80）

项目 PBL+3D组 PBL组 t P感兴趣程度 21.50±1.8419.35±1.65 5.492＜0.001注意力集中程度20.48±1.6318.23±1.91 5.655 ＜0.001疾病认知程度 19.88±1.3819.08±1.47 2.505 0.014满意度 20.08±1.4218.55±2.34 3.521 0.001总分 81.93±3.3375.20±4.39 7.722 ＜0.001

2.3 两组学生的临床能力测试 通过对两组实习同学随机提出脊髓脊柱相关的理论知识和病例分析，对每名同学进行临床能力的判断，得分统计见表2。PBL+3D组学生的理论知识、病例分析以及总分均显著高于PBL组，差异具有统计学意义（P＜0.05）。

表2 两组学生的临床能力测试结果比较（，n=80）

表2 两组学生的临床能力测试结果比较（，n=80）

项目 PBL+3D组 PBL组 t P理论知识 42.25±2.77 39.73±3.67 3.475 0.001病例分析 44.68±2.64 40.80±2.54 6.679 ＜0.001总分 86.93±3.03 80.53±4.86 7.069 ＜0.001

3 讨 论

传统的神经外科脊髓脊柱的临床教学往往需要借助尸体标本，从而实现学生对复杂的神经解剖学以及疾病相关知识的详尽了解。但是，由于标本获取困难、伦理学限制等多种原因，可行性较差。而单一的口述教学往往不能呈现复杂的神经解剖学和疾病的特征，故而无法保证实习教学效果的有效性[7]。

PBL教学新模式是以问题为导向、以学生为中心的教育教学方法。相较于传统的以教师的理论讲解为基本要素的LBL教学法来说，PBL教学法极大程度地提高了学生在学习中的主动性。同时，以临床病例为导向的教学方法，能够使得学生在枯燥的理论知识之外，更加有效地将课本知识与临床病例结合起来，提高了学生的学习兴趣。此外，临床带教老师也可以充分发挥专业优势，引导学生逐步了解组织器官的解剖学特点，以及疾病的病理学和病理生理学知识，促进学生对知识的消化吸收和实际应用。在许多临床科室的教学中，PBL方法已被证实具有很大的实用性和有效性[8-9]。

在本研究中，我们发现在PBL教学基础上，利用3D生物打印模型，对本科实习生进行临床教育，能有效地促进实习同学对神经外科脊髓脊柱疾病的兴趣。3D生物打印技术是利用特殊的“生物墨水”，将预先设定的三维结构组成特定生物材料的组织工程学技术，目前已在临床、护理、医药开发和医学影像学等多项生物医学领域广泛应用。相比于传统2D模式的教学内容，3D生物打印因其直观感强、可重复性好等特性，越来越多地应用在临床教学当中[10]。在以往临床教学和课程中，学生接触到3D实体打印的机会较少，往往仅能从书本、图片或临床影像学资料上了解脊髓脊柱相关神经生理学和病理学的解剖。作为一种新兴事物，3D打印能够从兴趣出发，从而增强专注程度，并且进一步增进了实习过程中对疾病的认知，故而PBL教学法联合3D打印技术能够从多方面综合提高实习效果。

此外，3D生物打印模型还可以发挥其在临床上独特的作用。以往在对患者进行临床宣教或者手术方式讲解过程中，往往因为患者的知识背景受限，无法对疾病及手术方法产生很好的理解，从而产生对疾病本身和治疗方法的恐惧心理。3D生物打印模型能够直观地将疾病的病理生理特征展现给患者，使其了解其自身疾病与临床症状之间的关系，并了解相关的手术方法、并发症等治疗方面的信息，能有效地解除患者对手术的恐惧心理，增加医患沟通效率，避免医疗纠纷的发生[11]。另一方面，低年资医生可以利用3D生物打印模型进行术前手术的训练，提升临床技能，而高年资医生能够通过对复杂疾病中构建的3D生物打印模型，制定最佳的手术方案，提升手术效果，减少手术并发症[12]。

综上所述，对于本科实习生的临床带教，PBL联合3D生物打印一方面能够有效的促进其对神经外科脊髓脊柱方向的兴趣，另一方面能够使其更好地接受专业知识，且有益于临床医生与患者的沟通和宣教，也有助于临床医生制定手术方案及术前手术的训练，值得在神经外科各个亚专科之间大力推广。