3D 打印技术在复杂骨盆髋臼骨折术前教学中的应用效果

彭祥，双峰，胡炜，李浩（通信作者），郑聪，单记春，杨迪，万得恩，何菲，卜国云

1 联勤保障部队第九〇八医院 （江西 南昌 330002）；2 南昌大学附属长城医院 （江西 南昌）；3 天津医院 （天津 300211）

髋关节是人体最大的承重关节， 髋臼骨折是骨科最复杂的损伤之一[1-2]。骨盆髋臼骨折区域周围有较多肌肉、血管和神经，髋臼的不规则弯曲增加了手术难度。由于无法在完全直视的情况下进行手术，对医师的临床操作提出较高的要求。但临床教学中使用的骨折模型缺乏病理环境的逼真感，且无仿真手术的可操作性，导致传统的教学方法不能为住院医师提供理想的手术步骤演示等。随着3D打印技术在骨科中的应用越来越成熟，现已被证明在教学中能够取得不错的临床教学效果[3]。3D 打印模型是理解骨盆骨折解剖结构的首选方法，能够弥补X 线和 CT 图像的立体缺陷，以及为住院医师制定必要的预手术计划提供便利[3-4]。本研究旨在探讨3D 打印技术在复杂骨盆髋臼骨折术前教学中的应用效果，现报道如下。

1 对象与方法

1.1 研究对象

将2021 年6 月至2023 年12 月医院骨科参加住培的30 名住院医师作为研究对象，均为本科或硕士毕业后直接参加培训。根据授课方法不同分为试验组和对照组，每组15 名。试验组男12 名，女3 名；年龄23～31 岁，平均（25.6±2.8）岁；理论考核成绩为（79.1±2.5）分。对照组男13 名，女2 名；年龄23～30 岁，平均（24.7±1.9）岁；理论考核成绩为（80.3±2.7）分。两组一般资料比较，差异均无统计学意义（P＞0.05），具有可比性。本研究经医院医学伦理委员会批准（伦理审批号：2020LL007）。

纳入标准：对研究内容知情同意且自愿参加；严格按照教学计划完成课程，能认真配合完成考试和教学满意度调查；排除标准：因特殊原因请假缺课者。学习态度不端正，不能认真配合完成考试和满意度调查。

1.2 方法

对照组采取传统教学方式。以骨盆髋臼骨折患者为例，带教老师以PPT 的形式向学生讲解临床知识，围绕病例的流行病学、病史采集和查体、影像学资料、骨折的特征和分型、诊断及治疗方案和预后等内容进行讲述。采用图片形式展示手术过程，对手术中的重点与难点问题进行详细讲解。根据教学提纲和病例特点，组织学生围绕病例的疑难问题进行讨论。同时，要求学生通过查找相关书籍、文献或上网查询资料学习相关内容[5]。

试验组采用3D 打印技术辅助教学。以骨盆髋臼骨折患者为例，将患者CT（美国GE 公司，型号：Discover CT750 HD）扫描数据以DICOM 格式存储，并经3D Slicer 软件重建三维模型，然后运用3D 打印机打印仿真骨骼模型。在传统教学的基础上，结合多媒体教学设备展示 CT 三维重建图像，通过带教教师对三维图像的讲解，使学生对骨骼结构、骨折机制、骨折分型建立初步认识。通过课堂展示3D打印模型，使学生进一步加深对骨骼形态学的认识。学生可以在模型上模拟手术的操作过程，实现对内固定预弯程度、螺钉位置及数量、骨折复位角度等的动态选择，从而加深对骨盆髋臼骨折疾病及手术的理解，提高动手能力[6]。

1.3 观察指标

培训完毕后，对两组进行理论知识考试和临床技能考核。理论知识主要为以案例为基础的临床分析试题（单选10 题30 分，不定项选择5 题30 分，案例分析2 题40 分）。临床技能包括骨盆髋臼骨折患者的病史采集、专科查体、影像学读片能力、骨折分型、手术方式的选择、术中熟练程度（6 项操作技能共60 分，2 项读片能力共40 分）[7]。理论考核结束后对所有住院医师进行统一的问卷调查，内容包括学习效率、理论理解能力、手术实践技能、教学满意度等，每项0～10 分。共发放调查问卷30 份，有效问卷回收率为100%。

1.4 统计学处理

采用SPSS 20.0 统计软件进行数据分析，计量资料以±s 表示，采用t检验。计数资料以率表示，采用χ2检验。P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组考核成绩比较

试验组理论知识考核和临床技能考核分数高于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05），见表1。

表1 两组考核成绩比较（分，±s）

表1 两组考核成绩比较（分，±s）

组别人数理论知识 临床技能试验组 15 名87.1±2.685.6±2.7对照组 15 名83.1±1.982.8±1.9 t 3.1803.249 P 0.0040.003

2.2 两组调查问卷评分比较

试验组在提高学习兴趣、理论理解能力、手术技能提升及教学满意度方面评分高于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05），见表2。

表2 两组调查问卷得分比较（分，±s）

表2 两组调查问卷得分比较（分，±s）

教学满意度试验组15 名 7.93±1.03 8.13±0.99 8.27±1.03 8.53±1.13对照组15 名 6.60±0.83 6.87±0.92 6.40±0.91 6.80±1.08 t 3.9013.637 5.251 4.299 P 0.0010.001＜0.001＜0.001组别人数 提高学习兴趣理论理解能力手术技能提升

3 讨论

由于老龄化人口和道路交通事故的不断增加，骨盆髋臼骨折的发病率也逐年上升[8]。髋臼骨折的发生有2 个年龄峰值，其中年轻人多因高速创伤（如车祸）而遭受髋臼骨折，而老年患者多因遭受低冲击创伤（如跌倒）[9-10]。骨盆髋臼骨折占所有骨折病例的1.5%，然而由于对邻近器官、神经和血管的二次损伤，死亡率高达7%～30%[11]。髋臼承重区移位性骨折须行手术干预，以实现关节完整性和最佳髋关节功能[12]。对于复杂髋臼骨折患者，骨折处的传统成像方式（如X 线和CT 扫描）不能清楚显示骨折处的解剖结构。据报道，在没有3D 模型的帮助下，经验丰富的外科医师使用X 线对髋臼骨折进行分类的准确度为11%，使用CT 成像的准确度为30%[8]。

髋臼骨折实现解剖复位和牢固固定及预防手术、术后并发症是其治疗成功的关键[13]。手术过程包括保护坐骨神经和股骨头的血液供应，保护L5 神经根和股神经，降低异位骨化的风险[14-15]。术前需确定最佳的手术方法、复位技术、植入物的选择和放置，以获得良好的手术效果[16]。传统的教学模式是术前进行理论授课结合教学查房，带教老师会对骨盆的解剖特点、骨折分型及具体手术步骤以PPT 的形式进行详细讲解，然后带住院医师进行教学查房，并指导住院医师阅读骨盆X 线、CT、MRI 等影像资料。此种教学方法对住院医师的空间想象力和三维重建能力要求较高，直观性和可操作性欠佳，造成住院医师对知识点的理解不够深刻。本研究结果显示，试验组理论及操作考核成绩明显高于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05），说明3D模型提供了完整的可视化，同时还可以触摸碎片的大小和对其位移方向的物理评估，这些模型可用于植入物的预手术，提高了手术的准确性和安全性。

研究证实，3D 打印模型作为年轻外科医师的学习工具在住院医师教育中具有重要作用，可以对髋臼骨折进行正确的识别、描述和分类，对患者正确的分型和治疗至关重要[17]。本研究通过导入骨盆髋臼骨折的原始DICOM 数据，对骨盆髋臼骨折进行三维重建，提取骨折部位表面解剖和形态学特征，预先设计骨折复位顺序、钢板的位置和螺钉的拧紧角度。通过三维导航可以构建1∶1的骨盆髋臼模型，模拟整个手术过程，使医师对手术过程中的关键点进行充分理解与评估，并选择最佳的手术选项和方案。同时方便年轻医师与患者进行术前沟通，使患者对手术过程有更直观的了解。研究显示，当3D模型被用于医患沟通时，患者的满意度和理解力均有所提高[18]。本研究发现，通过3D 打印辅助术前规划教学，住院医师的理论和实践考核成绩明显提升。通过对教学后的问卷调查数据分析，试验组的学习兴趣增强，对骨盆髋臼骨折的理论知识和手术技巧的掌握更加快速和扎实，教学满意度也明显提高。综上所述，在骨盆髋臼骨折术前教学中运用3D打印技术，可直观了解骨折特征，共同探讨制定个性化的治疗方案，并模拟手术过程，教学成绩和效果均有显著提升。但3D 打印模型不能提供骨折部位周围软组织损伤的信息，包括神经和血管[19]，且3D 模型的打印受时间限制。随着医疗装备的进步，体验感更为逼真的骨科教学手段也在不断创新，利用虚拟仿真技术、增强现实技术以及智能机器人等设备开展辅助教学，正逐步得到应用[20-22]。