Visible body三维解剖软件结合3D打印技术在骨外科教学中的实践效果分析

孙宝平 王正宇 王国伟 梁婷婷

山东大学附属山东省立第三医院关节外科，山东济南 250031

创伤外科是骨外科的基础学科，随着交通工具的快速发展，高能量交通事故导致的粉碎性骨折越来越常见，此类骨折致伤机制复杂、形态多样、碎裂严重，是临床教学的难点。传统教学方式提供的文字描述、图片、影像学资料只能给学生平面视觉感受，缺乏组织结构的仿真性与立体性，造成学生对骨折分型、骨折严重程度，骨折手术复位过程、手术入路等无法全面掌握。3D打印技术是一种以数字模型数据为基础的快速成型技术[1-2]，可以将黏合的粉末状金属或塑料以分层打印的形式打印成三维实体模型。3D打印技术可以把复杂骨折的三维模型数据打印成1∶1的实物模型，能够让学生直观、立体地详细观察骨折形态、碎裂程度，也可以在打印的实物模型上模拟骨折的复位、钢板固定的手术过程，加深学生的理解。三维人体解剖软件是将人体从简单的二维平面图像变为三维立体图像，将人体骨骼、肌肉、神经、血管、器官等直观、立体地展现出来，三维解剖软件能够让学生从各个角度直观地观察正常骨骼周围的肌肉、血管和神经，降低学生空间想象负担，增加学生学习兴趣，本研究将3D打印模型与 Visible body三维解剖软件结合应用于骨外科的临床教学中，探究其教学效果，本研究开始前已通过学校教学伦理委员会审批，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择2021年6月至2022年6月在山东大学附属山东省立第三医院（本院）参加临床实习的56名学生，其中男27名、女29名，年龄22～26岁，平均（23.57±0.87）岁，采用随机数表法将学生分为传统教学组和实验教学组，每组各28名。实验教学组男13名，女15名，平均年龄（23.46±0.79）岁；传统教学组男14名，女14名，平均年龄（23.67±0.94）岁。两组年龄、性别方面比较，差异无统计学意义（P＞ 0.05），具有可比性。

1.2 方法

由同一位高年资教师（具备3年以上骨外科临床带教经验的主任医师）进行授课。胫骨平台与股骨髁间骨折临床较为常见，其解剖结构复杂、分型较多，学生对于这两种骨折的分型、骨折受力机制及手术治疗方案理解相对困难，因此本研究临床教学选择胫骨平台骨折和股骨髁间骨折作为教学内容，在骨折的临床表现、诊断、骨折机制、分型、治疗（包括手术时手术入路）、康复等方面进行教学。3D打印数据来源于本院CT扫描数据，将CT扫描数据通过软件转换为计算机三维模型数据，然后使用3D打印机打印出三维实体模型。实验教学组在除了常规的基础理论授课外，在课程讲解的过程中展示3D打印模型实体，并结合2019版Visible body三维人体解剖软件（Windows版），讲解骨骼解剖结构、骨折受力机制、骨折分型、手术入路、手术注意事项以及骨折周围肌肉、神经、血管等，讲解完成后与学生一起在模型上进行骨折的复位、固定的手术过程。传统教学组以PPT形式讲解基础理论、骨折的分型和治疗方案等内容，讲授内容与实验教学组相同。

1.3 观察指标及评价标准

课堂教学结束后，两组均采用理论知识考试和教学效果调查的方式对教学效果进行评估。课程结束后，对两组学生进行考试，评估学生对此次授课内容的掌握程度，理论考试内容包括解剖、病因、骨折分类、临床表现、诊断、治疗等，两组均采用闭卷考试，试题内容相同，考试时间相同，理论考试试题总分为100分。理论考试结束后让学生填写匿名教学效果调查问卷。问卷内容包括学习兴趣、骨折分型理解、手术入路理解、骨折周围解剖理解、教学氛围满意度、教学模式满意度6项内容。每一项0～10级评分，0分表示不满意或无法理解，5分表示满意或理解，10分为非常满意或理解透彻，评分越高表示教学效果越好。经检验，调查问卷的效度系数为0.716，信度系数（Cronbach’s α）为0.802，信效度符合要求。

1.4 统计学方法

采用SPSS 22.0统计学软件进行数据分析。两组计量资料符合正态分布，以均数 ± 标准差（±s）表示，组间采用t检验，计数资料以例数表示，采用χ2检验，P＜ 0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组理论考试成绩比较

实验教学组学生的理论考试成绩为（86.69±2.68）分，传统教学组成绩为（79.93±4.24）分，实验教学组成绩明显高于传统教学组，差异有统计学意义（t=7.117，P=0.000）。

2.2 两组教学效果调查评分比较

在教学效果调查评分方面，实验教学组在学习兴趣、骨折分型理解、手术入路理解、骨折周围解剖理解、教学氛围满意度、教学模式满意度方面评分均高于传统教学组，差异有统计学意义（P＜ 0.05），见表1。

表1 两组教学效果调查评分比较（分，x ± s）

3 讨论

骨外科学的专业性较强，理论知识琐碎，技术操作复杂，手术涉及大量的神经、肌肉、血管等结构，所以想要学好骨外科必须熟练掌握解剖知识，要有良好的三维想象能力和立体重构能力。随着机动车辆逐年增加，高能量的交通事故率不断上升，造成患者严重的多发骨折，这类患者的骨折受伤机制复杂，创伤大，骨折形态多样、粉碎严重，是《外科学》教学难点之一[3]。髋臼骨折、胫骨平台骨折、股骨髁骨折等复杂骨折，由于失去正常骨骼的形态和解剖标识，仅应用语言、图片和文字说明的方式教学，致使教学内容枯燥无味、抽象难懂，尤其对解剖知识薄弱、三维想象能力较差学生来说，无法通过语言、文字、二维图片在大脑中转化为三维立体图像，加重了知识点理解负担，增加了学生厌学情绪。如何立体、生动地展示骨折形态及相关解剖结构成为骨外科教学面临的难点

人体三维解剖软件将人体解剖结构数据信息，应用计算机技术重建成全数字化人体结构的三维模型，将人体结构数字化和三维可视化，可以对解剖三维图像进行放大、缩小、旋转、平移，对组织、器官进行拆分和重组[4]，也可以模拟手术解剖，逐层显示肌肉、神经、血管和骨骼，还可以演示肌肉收缩动作。学生可从多方位、多角度观察正常骨骼形态与解剖标志，骨骼与周围肌肉、神经、血管的位置关系[5]，减轻学生的三维空间想象负担，加深知识点记忆效果。授课时，教师可以通过电脑版三维解剖软件展示骨折可能损伤的血管、神经结构，讲解手术入路时，可以使用软件按照手术从外到内的顺序，逐层讲解，阐明各种手术入路的优缺点，降低了教师的授课难度。学生也可以使用同款手机软件在课上同步学习或课后复习，消除了学生学习解剖时的时间和空间上的限制[6]，学生自己动手操作软件，能够加深学生理解，增加学习兴趣与主动性[7-8]。

人体三维解剖学软件只能提供正常解剖结构的骨骼三维图像，不能提供骨折后的三维图像，而3D打印技术可以通过3D打印机立体打印特定骨折的骨骼模型，可以将髋臼骨折、胫骨平台骨折等复杂骨折的形状、类型、严重程度准确复制[9-11]，突破影像学限制，直观、立体地呈现给学生，学生可以从任意角度观察、触摸其解剖结构，增加学生实体感和立体感，对照X线片和CT片，学生可以更好地理解影像学资料上的信息，提高读片能力。对于带教老师来说，通过打印模型能更好地讲解骨折的受力机制[12]、骨折形态、骨折分型，最后还可以在模型上与学生一起进行骨折的复位、固定等手术过程，提高学生动手能力，加深学生对所学知识的记忆与理解，同时也提高了课堂互动程度和学生的学习兴趣，提升教学效果。3D打印技术已在骨外科教学领域得到广泛应用，相关研究表明其能够提高学生的理论成绩和学习兴趣，取得良好的教学效果[13-15]。

综上所述，人体三维解剖学软件可以展示正常组织的三维结构，但无法提供骨折后的三维解剖，3D打印技术能复制出骨折后的骨折形态，但无法显示骨折周围的肌肉、血管、神经等组织。三维解剖软件结合3D打印模型的新型教学方式充分发挥了3D打印技术和三维解剖软件的优点，可以让教师更好地从各个角度向学生展示解剖结构的位置关系，更容易阐述骨折机制、分型和骨折周围的血管、神经等内容，提高学生对骨科理论知识的掌握程度和课堂满意度，增加了学生的学习兴趣，提升了骨外科的教学效果，是一种值得推广的教学方法。