3D打印脊柱畸形模型联合多媒体技术在住院医师规范化培训的临床教学应用

蒋维利，牛国旗，周 功，张青波，刘路坦，朱勋兵

(蚌埠医学院第二附属医院，安徽 蚌埠 233002)

住院医师规范化培训(简称住培)，是国家卫生事业发展中的重大战略改革，是临床医学生在校及临床实习期间完成相应理论知识及临床实践基础学习后，接受统一规范的临床职业培训，是所有医学生成为临床职业医师的必经之路[1-2]。住院医师规范化培训是提高国家医疗水平的行之有效方法，是国家医疗行业具有战略性发展意义的举措，是培养高素质医学人才的关键实施方案。故为提高住培学员的教育质量，制定合理的制度方案及实行高效的的临床教育教学方法是各培育基地的工作核心[3-4]。脊柱外科中又以脊柱侧后凸畸形疾病的解剖结构较为复杂，周围重要脏器结构较多，导致诊疗难度大，加之该病案例数有限，且住培医师学习周期短，这些客观因素要求住培医师在病例资源及学习时间有限的情形下快速的掌握脊柱侧后凸畸形的空间解剖学基础和临床实践能力，然而，传统的多媒体及板书教授方法形式较单一，教学内容抽象，对于较为复杂的脊柱畸形疾病教授，规培生很难掌握其核心知识，此外传统教学抽象知识面难以理解也使得规培医师缺乏一定的学习兴趣。近年计算机技术在医疗领域取得了一定的发展，数字化时代给传统医学教学模式带来了新的发展契机，而3D打印模型可以精确地模拟骨骼模型及患者的人体解剖结构，为临床实践教学的应用提供了坚实的理论可行性[5-7]。本科室将3D打印脊柱畸形模型与传统多媒体技术教学相结合，并应用于骨科住院医师规范化培训教学，以更好的提高住培医师脊柱侧后凸畸形相关知识应用能力和临床思维。

1 材料与方法

1.1 研究对象 选取2020 年12月至2021年9月在蚌埠医学院第二附属医院骨科开展规范化培训的34名医师(包括统招住培医师及专硕住培医师)为研究对象，均为男性。随机将住培学员分为实验组和对照组，每组17名。实验组中社会统招人员11人，专硕6人；年龄25～32岁，平均年龄(27.4±2.4)岁。对照组中社会统招人员12人，专硕5人；年龄 24～35岁，平均年龄(28.3±3.1)岁。经统计，两组学员的一般资料无显著差异(P>0.05)，具可比性。

1.2 教学资料 实验组：85英寸多功能平板电脑1台，1∶1脊柱模型 3D打印机4台，计算机软件模拟操作设备等。对照组：采用传统的多媒体幻灯片播放、影像图片展示及典型案例分析等进行授课教学。两组住培医师学员均由临床教学经验丰富的骨科专科医师教授。

1.3 教学方法

1.3.1 对照组(传统教学组) 传统多媒体教学是一种以幻灯片播放、图片展示、典型病例分析、板书等主要以理论知识为教学中心教授方法，授课教师根据骨科学住培教学大纲，先为住培医师介绍脊柱畸形的病因、分型、临床表现、影像学检查、诊断、相关治疗方式等基础相关知识，再结合典型病例进行分析讲解，加深学生对脊柱侧后凸畸形疾病知识的理解及记忆，最后进行教学效果总结评价，评价内容包括通过知识点测试评价教学效果和住培医师教学满意度评价。

1.3.2 实验组(3D打印脊柱畸形模型结合多媒体教学组) (1)用CT扫描设备对脊柱畸形患者进行扫描获取医学图像数据，将CT扫描数据导入到计算机Mimics17.0软件中，并进行数据及图像处理，重建3D脊柱畸形模型，最后将重建数据传输至3D打印机并打印出1：1等比例的脊柱畸形患者的3D脊柱模型。(2)根据不同脊柱畸形类型的病例资料进行临床与多媒体技术理论结合教学。3D打印脊柱模型进行脊柱畸形“实物”的全面观察与分析；多媒体幻灯片讲解相关基础知识，并展示典型案例，让学生对病例的病史、影像等资料进行熟悉、讨论。(3)住培学员对每一个典型脊柱畸形模型进行组内讨论，及病例的诊疗进行分析，包括脊柱畸形的病因、分类分型、临床表现、脊柱畸形截骨矫形方式及内固定节段的确定等。(4)教学结束后由住培学员做出总结，指导老师做出适当的知识点补充和纠正，对所有住培医师的表现进行系统的评价，评价内容包括教学效果的评价和教学满意度评价。

1.4 观察指标 (1)临床教学效果评价[8]由另三位具有资深临床教学经验的专科老师进行评价，主要包括临床理论测试及临床实践能力测试同时完成调查问卷对培训方式进行评价[9]；测试方式两组统一(包括理论试题、实践能力测试方式)，每位规培学员测试得分取三位测试老师评分的平均值；调查问卷包括：学习兴趣、学习效率、主动的互动、学习注意力、团队合作能力。(2)住培学员教学满意度评价[10]包括教学态度、知识拓展、操作能力等方面评价，总分100分，分满意(≥90分)、一般(60～89分)、不满意(≤59分)，总满意度=(满意+一般)/总数×100%。

2 结果

2.1 理论测试及临床实践测试、综合能力评价比较 与传统单纯多媒体教学组比较，接受结合3D打印脊柱畸形模型的多媒体教学住培医师学员的相关临床理论知识的测试、临床实践能力以及综合评价评分数均较高，差异具有统计学意义(P<0.05)，实验组的三项能力评分均高于对照组，说明3D打印脊柱畸形模型联合多媒体在住院医师规范化培训中的教学优于传统单纯多媒体在住院医师规范化培训中的教学效果。结果见表1。

表1 两组理论测试、临床实践测试及平均综合能力评价比较分)

2.2 两组住培医师满意度的评价情况比较 两组住培医师学员对两种教学方法的满意度分别为82.35%、47.06%，经χ2检验，差异具有统计学意义(P<0.05)；总满意度分别为100%、76.47%，经χ2检验，差异具有统计学意义(P<0.05)。说明3D打印脊柱畸形模型联合多媒体在住院医师规范化培训中的教学满意度高于传统单纯多媒体教学组。结果见表2。

表2 两组住培医师满意度的评价情况比较

3 讨论

骨科住院规范化培训临床教学不同于其他学科，专科性很强，最主要授课特点是让同学在充分掌握理论知识的同时能够详尽的掌握骨骼的结构，以及骨骼与周围其他如肌肉、血管、神经等重要组织的解剖关系，而脊柱骨骼解剖结构又是骨科亚专业中较为复杂的，加之脊柱畸形变，使得原本较为复杂的脊柱结构变得更加难以辨认及理解，住培学员在知识的学习掌握中就愈加困难，这就要求规培医师学员对脊柱侧后凸畸形患者的骨骼、脊髓等组织解剖特点的三维空间思维能力很高。脊柱畸形病因病理机制不同，分类分型方式较繁琐，又因脊柱畸形的独特性及复杂性，治疗方案也具有高风险性及多样性，而刚步入临床工作的骨科住培医师本身临床专科理论及实践知识面较局限，脊柱畸形疾病又是临床骨科中较为复杂的疾病，故对脊柱畸形的理论及实践知识的理解与掌握更加困难。加之该病种患病率低，住院治疗病例数量局限，在三年规培的有限时间内掌握其详尽知识，及对其诊疗原则完全掌握更加困难。近年来，随着3D打印技术广泛应用于骨科临床，通过3D打印1∶1实体模型，临床专科医生对脊柱畸形患者的具体骨骼结构能够有更加直观的认识，对疾病的诊断及手术方案的制定更加精确化[11]。本科室将3D打印技术与多媒体教学联合应用到骨科临床住培医师教学中，将3D打印脊柱畸形1∶1模型真实的解剖结构呈现在住培医师面前，老师通过打印的实体模型，对住培医师进行脊柱畸形疾病情况详细讲解，包括脊柱畸形的解剖结构、分类分型、脊柱侧后凸及椎体旋转的严重程度，相对于传统的书本和PTT教学更直观、更加立体，这种教学方法在加深住培医师学员获取知识的同时，激发住培医师的学习兴趣及学习效率，同时缓解病例数目短缺的情况，再结合多媒体进行理论知识讲解及典型病历影像学图片的观察教学，能够让住培医师在充分掌握理论知识的同时，对脊柱畸形的病因、分型能够有详细的认识及掌握，有助于理论与实践相结合，提高对脊柱畸形的认识及住培学习质量。

传统教学主要依靠数量有限的病例，结合二维图像或单一模型等进行授课，无论是学员的学习兴趣还是其对知识的掌握程度都逊于其自己通过模型进行操作和感知的效果，传统以单纯多媒体幻灯片播放形式教学，教学形式单一，容易使学生降低学习兴趣，抽象的病例文字及影像图片对于脊柱畸形疾病运用传统教学方法住培学员对知识的理解也很困难[12]。笔者通过对3D打印技术与多媒体教学联合应用到骨科临床住培医师教学中，3D打印模型联合多媒体教学过程中住培医师学习专注度较高，积极观摩模型并思考，并在模型上亲自进行“截骨矫形手术”，激发出规培医师极高的学习兴趣，且住培学员提问及发言次数明显高于传统教学组。住培学员普遍表示对于脊柱畸形疾病方面的知识学习更加生动有趣，且对于重点知识易于理解及掌握，使得抽象化的脊柱畸形三维立体形态结构更加容易记忆，对教学方式表示非常满意。笔者得出3D打印脊柱畸形模型联合多媒体教学在相关临床理论知识及临床实践能力测试、综合能力评价、满意度评价等方面均明显优于传统单纯多媒体教学。分析原因主要是因为3D打印技术在教学中的应用能在全面理论知识教学的基础之上增加教学的直观性及生动性，3D模型打印技术可以把正常脊柱模型及周围复杂的神经血管等相关解剖真实地组装在一起，展现于学生面前，直观生动易于记忆和运用[13-14]，特别是在同一模型基础上可以动态展现脊柱畸形的具有的结构形态，既能使住培医师学员快速学习理论及实践知识的同时，又能增加学员们学习的兴趣及主动性，此外可以模拟脊柱畸形截骨矫形及内固定的手术方式，使本来抽象难以理解及掌握的脊柱畸形分型和截骨矫形钉棒内固定原理及方式快速地被住培学员理解和掌握。新型的3D演示动画技术虽然早已使用，但3D打印模型的真实性和可操作性是其无法取代的，此外，教师用简短的时间和很精练的语言略加描述，就能让住培学员很好掌握相关知识点，能够获得满意的临床教学效果，能够让专科住培学员获得更多的理论知识与临床技能，显著提高学习的综合能力，且在教学满意度方面优于传统教学法。

综上所述，将3D打印脊柱畸形模型技术联合多媒体教学应用到脊柱畸形疾病的临床专科住培教学中，能够有效增加临床专科住培医师积极学习兴趣，提高教学质量，提升骨科专业住培医生的脊柱畸形的理论知识、实践能力及综合能力，临床上深受广大住培医师的欢迎，值得临床住培教学推广应用。