3D打印模型在小兒腫瘤外科情景教學中的應用

趙珍珍，王 珊，孔祥如，鄧曉斌，楊 超

（重慶醫科大學附屬兒童醫院，重慶 400014）

3D打印是近年來發展迅速的制造技術，它在數字模型文件的基礎上，運用金屬或塑料等可黏合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。3D打印技術已在醫學領域有所應用，由于其有較強的三維直觀性，越來越多的學者開始對其在醫學教育領域的應用價值進行探索[1-3]。在教學過程中，可以通過選取所需典型疾病影像學資料，經過專業軟件處理后，通過3D打印技術將其制成實體模型，能給學生更強的感官刺激，幫助學生更好地理解疾病的分型、分類及治療。

小兒腫瘤外科在教學時間的安排上往往偏少，而教學內容繁多，教學難度很大。筆者前期對如何在有限的時間內開展適應現代小兒腫瘤外科發展的教學實踐進行了改革探索[4]，取得了一定效果。但是由于兒童腹膜后腫瘤手術解剖結構的復雜性以及傳統臨床教學中視野顯露的困難，使醫學生很難迅速對該類手術產生較為直觀的感性認識。腫瘤的邊界、與周圍臟器組織的關系以及手術切除范圍的選擇，對于剛進入臨床實習的學生來說掌握困難，較難產生興趣。如何能在有限的臨床實踐階段充分調動學生的積極性、提高學生學習興趣和效果是外科臨床教學值得思考的問題。因此，我們將3D打印的腹膜后腫瘤模型應用于臨床實習期間的情景教學中，以期提高教學效果，現介紹如下。

1 對象與方法

1.1 研究對象

選取2015年3月至2017年3月在我院小兒腫瘤外科實習的學生共68名作為研究對象，其中女生38名，男生30名，所有學生均為第一次進入小兒腫瘤外科病房實習。將68名學生隨機分成兩組，每組34人。實驗組采用3D打印模型結合CT及MRI介紹腫瘤相關信息；對照組僅采用傳統教學方法介紹相關信息。兩組均為同一教師授課。兩組學生年齡、學制、以往所修課程成績等比較，差異無統計學意義（P>0.05），具有可比性。

1.2 研究方法

實驗組授課采用3D打印模型對患兒的腫瘤大小、腫瘤與血管的關系、腫瘤毗鄰臟器、腫瘤邊界等進行介紹。對照組采用傳統教學法對患兒的臨床資料進行介紹。教學結束后對兩組學生采用自制試卷進行閉卷考核。

1.3 效果評價

1.3.1 評價方法 根據教學重難點，我們自行設計了試卷，檢測學生對腫瘤大小、腫瘤與血管的關系、腫瘤毗鄰臟器、腫瘤邊界4個方面知識的掌握情況。評價標準：分為完全掌握、掌握良好以及掌握一般3個等級，計算每組掌握良好率：（完全掌握人數+掌握良好人數）/總人數×100%，并進行組間比較。同時，我們還自制了教學效果滿意度評分量表（評價標準：不滿意1分、不太滿意2分、一般3分、較滿意4分、非常滿意5分），閉卷考核后立即向兩組學生發放，采用不記名方式填寫，填寫后當場收回。

1.3.2 統計學方法 采用SPSS 22.0軟件進行統計學分析，計量數據采用（x±s）表示，采用χ2檢驗，比較兩組理論知識掌握情況，利用t檢驗比較兩組教學效果評價得分，P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組學生考試成績掌握良好率比較（見表1）

實驗組學生在采用3D打印模型的情景教學后，對教學內容的掌握良好率明顯優于對照組（P<0.05）。

表1 兩組學生考試成績掌握良好率比較[n（%）]

2.2 兩組學生教學效果滿意度比較（見表2）

實驗組學生在學習積極性、學習效率、理論知識掌握情況、臨床思維能力、語言溝通能力、綜合能力和團隊合作能力方面的評分均優于對照組（P<0.05）。

表2 兩組學生教學效果滿意度比較（±s，分）

表2 兩組學生教學效果滿意度比較（±s，分）

項目學習積極性學習效率理論知識掌握情況臨床思維能力語言溝通能力綜合能力團隊合作能力實驗組4.54±0.56 4.15±0.50 4.15±0.61 3.97±0.67 4.06±0.69 4.09±0.67 3.91±0.67對照組3.52±0.61 3.27±0.71 3.21±0.69 3.30±0.52 3.67±0.53 3.58±0.49 3.45±0.61 P<0.05<0.05<0.05<0.05<0.05<0.05<0.05

3 討論

3.1 小兒腫瘤外科臨床教學現狀及思考

小兒腫瘤外科屬于小兒外科學的分支學科，所涉及的單純腫瘤外科教學內容少，不少學校僅講授較多見的兒童腹膜后三大腫瘤（神經母細胞瘤、腎母細胞瘤、畸胎瘤）及血管瘤/淋巴管瘤。從我科近兩年的實習生抽樣調查資料來看，醫學生實習時對腫瘤手術的無瘤原則、腫瘤的綜合治療原則、手術要點等仍掌握不佳。既往采用傳統教學方式，教師需要花費大量時間解釋腫瘤邊界、CT和MRI片上腫瘤的位置以及與周圍的關系等，但由于這種教學模式對解剖學基礎和空間想象能力要求較高，因此教學效果不滿意。如何采用新穎的教學方式提高學生學習興趣及掌握知識的能力是目前小兒腫瘤外科教學面臨的重要問題。

3.2 3D打印在醫學教育中的應用

在形態學方面，3D打印技術有著顯著優勢，正因如此，它被普遍應用于臨床醫學教育中。通過人體解剖結構的虛擬及3D打印成個體化模型，不但能夠克服傳統教學的缺陷，如實物結構異常、不清晰，易造成環境污染等問題，而且可應用于學生臨床實習前的復習與預習，進而加強醫學生模擬練習的真實性。在外科領域，術前3D打印能從不同視角對術中解剖做出預測，確定手術方式，進行手術演示，從而極大地降低術中并發癥的發生概率。國外已有專家建議將3D打印模型納入住院醫師手術訓練指南[5]。3D打印技術還可以用于醫學操作訓練[6]，進行個體化醫學模擬操作[7]，建立個體化教學病例庫平臺[8]，這些均顯示出其在醫學教育方面廣闊的應用前景。

3.3 3D打印模型應用于小兒腫瘤外科教學的優點

腹膜后腫瘤是小兒腫瘤外科教學的重點內容。由于腫瘤常累及腹膜后血管、神經及臟器，解剖關系復雜，需要學生具備良好的解剖基礎和空間想象能力。相比傳統的影像學閱片教學模式，3D打印技術結合計算機建模技術制作出的透明模型能讓帶教教師清楚地看到腫瘤內部穿行的血管及周圍的臟器，能簡單直觀地將病變局部的解剖特點展示給學生，極大地簡化了教學過程，有利于降低學習難度、提高教學質量。且帶教教師可以在3D打印模型上進行模擬手術，醫學生能最大限度掌握手術相關信息，這也是醫學生在傳統教學中無法實現的[9]。同時，3D打印技術的應用有利于培養學生的臨床思維，通過3D打印建模，教師可以引導學生在感性認知的基礎上進一步探討腫瘤的臨床分期、治療方法、手術方案及并發癥預防等，通過軟件或模擬手術對比不同手術方案的利弊，使學生從被動接受轉變為主動參與，極大地加強了理論知識和臨床實踐的結合，對培養學生的臨床思維大有幫助。此外，3D模型的使用使術前與患兒家屬的溝通變得容易，患兒家屬對病情、手術方案的理解會更透徹，有利于培養醫學生的語言溝通能力[10]。

3.4 3D打印的局限性及應用前景

目前3D打印費用仍然較高，且需要特殊打印設備，而設備的優劣決定了打印模型的質量。另外，計算機重建模擬軟件價格不菲，熟練掌握軟件也需要一定的培訓及操作時間，因此尚不能廣泛應用于臨床教學。但是作為一種新的授課方式，帶教教師可以仔細篩選典型病例，建立教學資源庫，通過提高單個模型的使用率以降低教學成本。隨著3D打印技術的日趨成熟、打印材料的豐富及相關專業人員的培訓，3D打印技術必將在小兒腫瘤外科教學中顯示出獨特的優勢，通過與其他教學方法的有機結合，將有助于學生臨床技能的培養和勝任力的提升，具有廣闊的應用前景。