结合3D打印模型的示教模式在骨盆骨折教学中的应用价值

李建涛 崔翔 李志锐

【摘 要】目的 探究3D打印模型的示教方法在创伤骨科骨盆骨折教学中的应用。方法 选取2021年2月-2022年1月解放军总医院骨科的100名规培生作为研究对象，采用随机数字表法分为教学组和常规组，各50名。教学组结合3D打印模型进行教学，常规组为传统教学模式。比较两组考核成绩和提问情况。结果教学组提问问题数量多于常规组，差异有统计学意义（P<0.05）；教学组专业理论知识得分高于常规组，差异有统计学意义（P<0.05）。结论 3D打印模型能个性化展示患者骨折的空间形态，方便医生在查房和教学中互动交流，更促进年轻医生的学习和发展，在医疗领域产生深远而有效的影响。

【关键词】骨盆骨折；3D打印；临床教学

中图分类号：R683文献标识码：A文章编号：1004-4949（2023）05-0158-05

Application Value of Teaching Mode Combined with 3D Printing Model in the Teaching of Pelvic Fracture

LI Jian-tao1，2， CUI Xiang1，2， LI Zhi-rui2，3

（1.Department of Orthopedic Medicine， the Fourth Medical Center of PLA General Hospital， Beijing 100048， China； 2.National Clinical Research Center for Orthopedics， Sports Medicine and Rehabilitation， Beijing 100048， China； 3.Department of Orthopedics， Hainan Hospital of PLA General Hospital， Sanya 572013， Hainan， China）

【Abstract】Objective To explore the application of 3D printing model in the teaching of pelvic fracture in traumatic orthopedics. Methods From February 2021 to January 2022， 100 standardized trainees in the Department of Orthopaedics， PLA General Hospital were selected as the research objects. They were divided into teaching group and conventional group by random number table method， 50 in each group. The teaching group combines 3D printing models for teaching， while the conventional group adopts traditional teaching mode. The examination results and questions of the two groups were compared. Results The number of questions in the teaching group was more than that in the conventional group， and the difference was statistically significant （P<0.05）. The professional theoretical knowledge score of the teaching group was higher than that of the conventional group， and the difference was statistically significant （P<0.05）. Conclusion The 3D printing model can display the spatial form of patients fractures， facilitate the interaction of doctors in ward rounds and teaching， promote the learning and development of young doctors， and have a profound and effective impact in the medical field.

【Key words】Pelvic fracture； 3D printing； Clinical education

近年來，计算机成像功能不断得到优化，使人体组织结构的三维立体成像重建成为可能[1-3]，医学工程学软件成为现代医疗的新型辅助技术和手段[4-6]。骨盆在人体的位置较深，结构复杂，形态不规则。骨科青年医生对于骨盆特征的认识需要经历一个漫长的过程；而实现骨盆骨折的规律认识，更需要经历数年的学习过程。造成上述问题的主要原因在于对骨盆骨折的教学基于书本图片或者影像资料的二维媒介，学员需要自行构建“图片-模型-病例”的认知路径，关键信息的脑补多基于抽象理解，过程漫长，这无形中增加了学习难度。

3D打印技术已广泛应用于骨科青年医生手术训练过程中。骨科的学习过程涉及很强的操作性。日益精细复杂的手术流程使得培养一名合格的骨科医生需要花费很长的时间。在患者身上训练不但可能对他们造成伤害，而且锻炼机会有限。针对以上问题，在数字骨科技术的支持下，青年医生可以收集感兴趣骨折患者CT资料的Dicom数据，结合数字医学软件重建出患者骨折三维模型，通过3D打印技术制作出骨折的实物模型[7]。使用者可在3D打印出的骨折模型上进行反复的复位和固定技巧的训练，这样不仅培养青年医生的动手能力，还可以加深他们对于骨折分型的理解能力，这无疑有利于年轻医生的快速成长[8]。当在模型上模拟进行骨折复位以及固定时，年轻医生可根据自身体会总结出经验，并在实际手术过程中得到纠正和验证，此种问题导向的学习模式既提高了学习效率，更提升了临床业务水平和手术效率。

目前临床中的3D打印技术以PACS系统为基础，提取患者影像Dicom数据，利用数字工程软件实现骨骼三维重建，利用3D打印设备制造出实体模型。模型精细程度高，还原度逼真，能够真实反映实际的疾病形态。通过3D打印技术制作出骨折的实物模型[9]，使用者可在3D打印出的骨折模型上进行复位和技术训练，可以加深对骨折分型的理解能力，这有不仅利于年轻医生的快速成长，更可提升临床业务水平和手术效率[10]。因此，为分析3D打印技术在骨盆骨折教学中的应用价值，本研究选取100名规培生进行两种教学方法的对比研究，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取2021年2月-2022年1月于解放军总医院骨科的100名规培生作为研究对象。通过随机数字表法分为常规组和教学组，每组50名。其中教学组年龄20～32岁，平均年龄（26.10±3.40）岁；男31名，女19名；学历：本科13名，硕士21名，博士16名；专业：骨科专业26名，非骨科专业24名。常规组年龄20～31岁，平均年龄（25.20±3.10）岁；男27名，女性23名；学历：本科16名，硕士26名，博士8名；专业：骨科专业21名，非骨科专业29名。两组年龄、性别、学历、专业比较，差异无统计学差异（P>0.05），研究可比。本研究仅针对骨科创伤手术领域较为复杂的骨盆骨折进行教学方法差异对学生学习情况的探讨。

1.2 方法 教学组：将骨盆骨折患者的3D打印模型应用于教学过程中，以打印出的骨折模型为对象，结合影像学资料，讲解骨折定义、骨折受伤机制、骨折分型、临床诊断、影像学表现、术前处理、术前规划、手术方案探讨、术后处理措施等内容。常规组：该组采用传统讲解示教的方式，对分入此组的学生采用书本+影像资料+病例资料教学，内容涉及骨折定义、骨折受伤机制、骨折分型、临床诊断、影像学表现、术前处理、术前规划、手术方案探讨、术后处理措施等内容。

1.3 观察指标

1.3.1每个人提问问题数量 记录教学时每个人提问问题数量。以讲授专业内容时，学生和授课者互动式所提问题为准。学生自问自答或学生间互相提问，不作为问题数量记录。

1 .3.2专业理论考试成绩 出科前对不同组的学生进行考评。考核内容为专业理论考试，主要内容以填空和问答题的形式设置，满分100分。内容包括典型骨折的定义（5分）、分型（20分）、结合分型的损伤机制探讨（20分）、手术时的手术入路（10分）、关键操作步骤（10分）、复位技巧（10分）、固定方式（5分）、术中C臂透视体位（5分）以及探讨其机制（10分）、术后注意事项（5分）。

1.4 统计学方法 使用SPSS 25.0统计学软件进行数据处理，计量资料以（x-±s）表示，组间比较行t检验；计数资料以[n（%）]表示，组间比较行χ2检验；以P<0.05表示差异有统计学意义。

2 結果

教学组提问问题数量为多于常规组，差异有统计学意义（P<0.05）；教学组专业理论知识得分高于常规组，差异有统计学意义（P<0.05），见表1。

3 讨论

在传统的骨科查房中，针对病例的探讨过程通常需要结合患者的影像学资料。医生提取二维的X线平片、CT及MRI图像的重要信息来获取对于疾病诊断和处理的认知[11-13]。凭借自身空间想象力在大脑中还原骨折真实情况，形成三维结构印象，再结合实际手术经验仔细规划手术步骤，其过程异常艰难。由于平面图像难以重现骨折原貌，常导致医师对骨折的诊断、分型与真实情况存在差异，使得日常临床查房过程中，上级医生和下级医生之间面对同样事务存在认知偏差[14]。当青年医生参与节奏快速的查房过程和理论讲解时，因经验不足和基础薄弱导致思维模式滞后，使得传统的骨科查房和教学变成了走马观花式的旁听，对于知识的有效更新和理解提升过程大打折扣。

在创伤骨科领域，骨盆骨折是较为复杂的一类病种。骨盆骨折不同于骨科传统的长骨骨折，由于骨盆立体解剖结构复杂、致伤暴力较大，使得骨折形态多变、骨块移位多样[15]，上述因素对医生的三维空间思维能力提出了过高的要求，学生理解其骨折分型、骨折机制、伴随损伤等重要知识点相对困难。针对上述问题，笔者团队尝试利用3D打印技术真实展现骨盆骨折的三维形态，并应用到临床教学、科研查房、手术规划等过程中，使上述诸多困难得到有效解决。3D打印技术可以将骨骼及周围复杂的神经血管等解剖结构真实地组装在一起，以实物形式展现在医生面前[16-18]。医生通过观察和揣摩实体模型做出精确的骨折分型、设计手术方案、规划手术步骤。

本研究结果显示，教学组提问数量多于常规组，差异有统计学意义（P<0.05）；教学组专业理论知识得分高于常规组，差异有统计学意义（P<0.05），说明结合3D打印技术的临床带教和手术规划可以提高规培生对于骨盆骨折的理解能力，提升临床分析能力，强化他们的思维模式，诱发深度思考，在发掘问题的过程中使理论知识深化加强。此外，本研究评价性的专业理论考核方式能良好地反应学生对于骨盆骨折的综合掌握能力，从受伤机制、诊断分型、术中操作、复位评价标准等全方位考察学生针对此类骨折各方面的掌握程度。这种避免客观选择题的评价方式可以更有效地考察学生的理解深度，实现有效考核，客观评价教学方法优劣。

以往未结合3D打印模型进行授课时，多结合X线平片或者CT影像资料等二维数据，耗费大量时间来讲解骨盆的形态、断层影像学资料所展示的结构特征、以及周围的重要组织结构等诸多问题，但最终多数学员对于骨盆整体解剖结构和受伤机制仍然理解困难。而将3D打印模型引入传统授课的模式[19，20]，可以使学生更为深刻地理解骨盆骨折的理论基础，结合患者术前二维的影像资料使学生深入理解断层解剖图像的结构特征，提高其阅片能力。学生在掌握基础理论知识的同时，提高了对骨折治疗的兴趣，取得了良好的教学效果。利用3D打印技术，按骨骼1∶1的比例打印出骨骼模型，可以充分认识骨折部位的三维空间结构，明确骨折的分型，了解骨折断端的关系，使临床带教更加生动、形象、立体，学生利用病例的3D打印模型，能更直观的观察到骨骼的位置和形态，明确骨折的类型，3D打印模型能解决学生在教学中对受伤机制、骨折分型不容易理解所导致的学习积极性不高问题[21-23]。

新时代对于医学人才的培养，高等院校需要充分改变传统“填鸭式”教学模式，将以教师为中心转变为以学生为中心，使得师生能够更好地参与教学活动之中，学生在与教师进行沟通、交流中完成教学任务。3D打印教学能够对教学内容不断创新，最终保障对学生教学效果的提升。同时将3D打印技术应用于骨科带教中，既能够保障传统教学方法得到改进，弥补了既往教育的不足之处，也可以调动学生的主观能动性。但3D打印技术也存在一定不足，3D打印技术在临床之中的应用并不广泛，存在一定技术缺陷，需要经过后续研究将其应用效果不断完善。

本研究将3D打印技术引入创伤骨科骨盆骨折的临床教学中，量化式评估教学结果差异，结果提示，结合3D打印模型的教学方法可有效提升学生对于骨盆骨折的理解力和记忆力，更深入地理解手术原则和步骤，对于提升学生的临床能力、缩短学习曲线具有重要意义。

但是本研究仍存在部分不足：①本研究样本量偏小；②研究观察周期较短；③评价指标尚需完善。未来需要开展大样本量的研究进一步论证改研究成果的可靠性。

个性化、精确化、微创化、远程化是未来骨科学发展的方向，数字骨科技术是达到此目标的重要手段[24-27]。结合数字骨科技术而发展的3D打印技术在骨科的日常查房和教学中已得到了应用并取得良好效果，这无论对患者的治疗还是对医生的成长，都产生深远而有效的影响[28，29]。相信随着计算机技术的不断发展，将会有更多的新技术被广泛应用于骨科教学和查房中，必将对骨科事业的发展产生深远影响和重大变革。

综上所述，3D打印模型能个性化展示患者骨折的空间形态，与传统的二维影像资料相比更加直观，不仅方便医生在查房和教学中互动交流，让医生对疾病损伤部位的解剖结构理解更准确，且手术方案选择更加合理，能够提高学生的学习积极性和专业能力，值得临床带教应用。

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编辑 柴泛宇