3D打印聯合PBL教學促進骨科教學效果的系統綜述

唐夢齡，趙 翔，陳 坤

浙江大學醫學院：1 公共衛生學院流行病與衛生統計學系；2 附屬第二醫院骨科， 杭州 310000

骨科學是圍繞骨骼、血管、神經重建而開展的一門臨床科學。基于學科性質和特點，骨科學與解剖學、影像學等學科相互滲透、相互影響。受到教學條件的影響，傳統骨科教學多采用二維解剖繪圖教學，教學形式也多為“以教師為主、以講課為中心”的傳統教學。這種被動接受的學習模式單一，容易影響學生學習積極性；同時，學生不僅需要掌握扎實的基礎理論知識，還需要擁有較好的三維重構能力，傳統教學方法在這一方面也有局限性。因此，傳統骨科教學對于初次接觸專業內容的醫學生來說，理解和應用都比較困難。

PBL(problem based learning)又稱為以問題為基礎的學習。它最早由北美Barrow教授提出，并已被國際社會廣泛接受。其中新理念為以臨床實際問題為基礎、以學生為主體和以教師為導向。浙江大學是全國最早開展PBL教學模式的高校之一，并很早應用于骨科學教學中，取得了較好的效果。教師在教學過程中發現，不同學生對于將骨骼二維圖像轉換為三維形態的能力各不相同，這種差異性嚴重影響教學的整體效果。隨著3D打印技術的發展，3D打印聯合PBL教學在骨科教學領域有較大的應用前景。

根據科技文獻的查詢結果發現，至今尚未有關于3D打印聯合PBL促進骨科學教學效果的系統分析研究。文章通過對國內已發表的有關用3D打印與PBL聯合進行骨科學教學的前瞻性隨機對照研究進行系統綜述和Meta分析，為3D打印聯合PBL在骨科學教學中的應用提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 研究的納入與排除

該研究納入的文獻為在骨科學教學中，所有涉及PBL聯合3D打印教學法與傳統教學模式(lecture ba- sed learning,LBL)的隨機對照研究。文獻納入標準如下：①文獻設計類型均為隨機對照試驗；②觀察組采用PBL聯合3D打印教學法，對照組采用LBL教學法；③研究學科為骨科學。文獻排除標準為：①非隨機對照試驗；②回顧性研究；③觀察組單純采用PBL教學法或者3D打印教學法；④對照組非單純采用LBL教學法。

1.2 文獻檢索方法

以“3D打印”“PBL”“骨科學”為關鍵詞，通過檢索中國生物醫學文獻服務系統、萬方數據知識服務平臺、維普中文期刊服務平臺、中國知網中收錄的相關文獻，所有在2018年4月之前發表的、符合條件的文獻均被檢索。

1.3 數據提取

提取的數據包括作者全名、發表年份、研究類型、研究樣本量、研究對象基本信息以及最后的教學效果評估指標等。效果評估指標包括理論考試成績、臨床操作成績、參與者的學習興趣評分以及理解能力評分。

1.4 文獻質量評估

所納入的文獻采用PEDro量表對文獻質量進行評價。

1.5 統計分析

數據統計分析使用Stata 14.0(statacorp LP,coll- ege station,USA)軟件，采用卡方檢驗進行異質性檢驗。當研究結果間無異質性(P>0.1,I2<50%)時，采用固定效應模型；當研究結果存在異質性時(P<0.1,I2>50%)，采用隨機效應模型。當P<0.05時，認為兩組間存在統計學差異。同時，通過漏斗圖(funnel plot)進行發表偏倚分析，并通過敏感性分析來評估文獻異質性對結果的影響。

2 結果

2.1 文獻檢索結果

初檢中文文獻53篇，排除各數據庫重復文獻，經閱讀摘要后剩余13篇；進一步閱讀后排除不符合隨機對照研究標準的，剩余9篇。仔細閱讀文獻后排除提取資料不符合要求的文獻3篇，最終納入分析的文獻為6篇。文獻基本情況如表1所示。

表1 納入文獻基本情況

2.2 異質性分析

關于理論成績的funnel plot提示無明顯發表偏移(如圖1所示)，進一步的敏感性分析同樣提示，去除任意一篇納入文獻均對最終結果無明顯影響。

圖1 PBL聯合3D打印技術對骨科學理論成績影響的漏斗圖(funnel plot)

2.3 文獻質量評分

研究對所有納入的6篇隨機對照研究均進行了PEDro評分，評分詳細結果如表2所示。

2.4 數據特點

納入的6篇文獻共涉及參與研究的學生390名，其中PBL+3D打印教學組195名，LBL對照組195名。

這些文獻的詳細資料如表2所示。

納入分析的6篇文獻均描述了理論成績和臨床操作成績。其中，3D打印聯合PBL組理論成績[SMD=1.35,95%CI(1.11-1.59),P<0.01]和臨床操作[SMD=1.61,95%CI(1.32,1.89),P<0.01]成績均高于對照組(如圖2所示)。

其中，有3篇文獻描述了學習興趣和理解能力情況。共調查了178名學生，其中PBL聯合3D打印教學組89名學生，對照組89名學生。分析結果提示，3D打印聯合PBL組學生學習興趣[SMD=1.17,95%CI(0.85,1.49),P=0.02]高于對照組；理解能力均值高于對照組(SMD=1.72,95%CI(1.37,2.07),P=0.06)(如圖2、表3所示)。

表2 PEDro評分

圖2 PBL聯合3D打印技術對骨科學教學指標影響的meta分析森林圖

表3 PBL聯合3D打印技術對骨科學教學指標影響的合并效應值

3 討論

3D打印技術是一種以數字影像資料為基礎，通過逐層打印方式構造物體的技術。最早的3D打印骨科手術開始于1990年，主要用于復雜的脊柱手術[7]。目前，3D打印技術在骨科領域廣泛開展，并逐漸應用于骨科學教學。不少機構做了嘗試，并各自發表了研究結果[1-6,8-10]。

該研究對3D打印聯合PBL教學與LBL教學在理論考試成績、臨床操作成績、學習能力評價和理解能力指標評價中的差異進行了Meta分析。其中，理論考試成績和臨床操作成績為客觀成績，學習能力評價和理解能力評價為學生自評。結果發現，3D打印聯合PBL教學組中前三個指標均顯著高于對照組，而理解能力評價的PBL聯合3D打印教學組的平均值也大于對照組。結果提示，骨科學理論知識的掌握和局部解剖的理解是相輔相成的，3D打印有效地促進了學生對于骨科知識的掌握，提高了理論和操作成績。另一方面，3D打印使學生更加容易理解和掌握，學習自信心和學習能力也進一步增強，大大提高了自我滿意度。

在分析過程中發現，納入分析的6篇文獻PEDro評分普遍偏低。這主要跟該類型研究盲法實施困難有關，該類型研究也不需要意向性分析(intention to treat analysis)。另外，3D打印同樣存在自身的不足，最主要的還是目前3D打印價格過高，大大增加了教學成本。相信隨著3D打印技術進一步發展，打印成本進一步下降，3D打印會廣泛應用于醫學教學當中。

骨科學的本質，就是局部解剖結構的重建。一個好的骨科醫師，必須要有足夠的解剖理論知識。但在實際教學中，骨科學初學者往往面臨如下困難：①解剖知識培訓不足；②手術操作實踐機會不多；③書面理論與實際結構存在偏差。目前，傳統教學方式培養的學生表現為現有的理論知識往往不能和實際結構相結合，在后續PBL教學中討論相關的影像、解剖構造時，存在多種錯誤認識和識別障礙，影響學習效率，這跟學生們長期學習二維的解剖圖譜，缺乏實際案例體驗有關。

缺乏良好的解剖學知識培訓是目前全世界范圍內醫學生所共同面臨的難題。已有文獻報道，在美國，雖然大部分醫學院校能夠提供尸體解剖課程，但只有63%的機構有能力把人體解剖作為大體解剖課的主要內容[11]；而在歐洲，缺乏解剖機構的醫學院校正變得越來越普遍[12]。與此同時，國內的醫學院校同樣面臨尸源短缺的困境。目前，已從幾年前8～10個學生解剖一具尸體的模式變成了15～20人解剖一具，一些偏僻的院校甚至無尸可剖[13]。如此種種，使得醫學生對基礎解剖的掌握程度大為下降，這些學生在進一步面對骨科學課程時，往往會在實際解剖結構的重建時遇到障礙。

3D打印的出現可以一定程度緩解這一現狀。一方面，3D打印以立體的結構全面展示各個組織之間的關系，辨識度高、立體感強、容易理解；另一方面，對于不規則形狀的骨骼如骨盆、距骨等，3D打印可以從多個角度進行觀察，大大增強了對于復雜形態骨骼的理解和認識，可以有效彌補傳統二維圖像或者手繪本觀察視野有限的不足。既能激發學生學習興趣，也能提高學習效率。PBL教學提倡以學生為主、教師為輔，對于學生對知識點的自我學習、自我掌握能力要求較高，學生往往需要在PBL課前做大量功課，卻仍然感覺學習困難；而PBL聯合3D打印教學可以有效促進學生對于局部解剖結構的理解，大大提高骨科學PBL的學習效率。