案例教學(xué)法結(jié)合3D打印技術(shù)在骨外科臨床教學(xué)中的應(yīng)用

黃 帥 黃 彥 范子文 廖壯文 趙 玉 陳斌偉 陳燦偉 劉圣曜

3D打印(Three-Dimensional Printing)技術(shù)，是一種通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)，是快速成型技術(shù)的一種。近年來(lái)，3D打印技術(shù)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，憑借電子計(jì)算機(jī)斷層掃描(Computed Tomography)、磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging)等影像學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，3D打印快速成型技術(shù)在醫(yī)學(xué)教學(xué)中應(yīng)用越來(lái)越廣[1-3]。3D打印的優(yōu)勢(shì)之一，是可以個(gè)體化，從而為不同個(gè)案創(chuàng)造個(gè)體化的方案。案例教學(xué)法作為比較成功的教學(xué)模式在醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中取得了顯著的成效，應(yīng)用于骨科等臨床及教學(xué)領(lǐng)域中，取得了較好的教學(xué)效果[4-5]。但是，骨外科教學(xué)內(nèi)容多，涉及全身骨骼，且分型復(fù)雜。更重要的是，骨折局部周?chē)堋⑸窠?jīng)、軟組織、肌肉是一個(gè)整體，不能割裂來(lái)看待。因此，骨外科專業(yè)的教學(xué)對(duì)骨折局部解剖知識(shí)有較高要求，包括易損傷神經(jīng)、血管等。教學(xué)的困難還包括臨床常見(jiàn)的二維影響資料與人體內(nèi)立體的解剖結(jié)構(gòu)之間存在空間轉(zhuǎn)換困難，繼而導(dǎo)致對(duì)骨折的受傷機(jī)制與骨折移位、分型的理解困難。同時(shí)，骨科教學(xué)內(nèi)容較多而本科見(jiàn)習(xí)時(shí)間有限，因而，怎樣通過(guò)一些好的教學(xué)輔助辦法提高案例教學(xué)效果，是骨科教學(xué)所面臨的一個(gè)重要挑戰(zhàn)。本文通過(guò)分析對(duì)比2016—2017年在廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院骨外科臨床見(jiàn)習(xí)的廣州醫(yī)科大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)本科學(xué)生的見(jiàn)習(xí)期間資料，以探討案例教學(xué)法結(jié)合3D打印技術(shù)在骨外科實(shí)習(xí)教學(xué)中的教學(xué)效果。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象

選擇2016—2017年在我院骨外科臨床見(jiàn)習(xí)的廣州醫(yī)科大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)本科生60人。隨機(jī)抽取30人按照案例教學(xué)結(jié)合3D打印模型進(jìn)行教學(xué)(觀察組)，30人按照普通案例教學(xué)法進(jìn)行教學(xué)(對(duì)照組)。兩組一般統(tǒng)計(jì)學(xué)資料無(wú)明顯差異(P>0.05)。帶教老師由我科具有帶教資格的主治醫(yī)師承擔(dān)，通過(guò)精選臨床案例，適當(dāng)加工后集體備課進(jìn)行骨科臨床教學(xué)。

1.2 研究方法

案例教學(xué)是一種開(kāi)放，互動(dòng)的教學(xué)方法。通過(guò)各種信息、知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和觀點(diǎn)的碰撞，實(shí)現(xiàn)了啟示理論和思想的目的[6-10]。案例教學(xué)法，長(zhǎng)期應(yīng)用于我院本科生見(jiàn)習(xí)教學(xué)，取得了不錯(cuò)的效果[11]。本文擬將3D打印技術(shù)應(yīng)用到我科案例教學(xué)中，在觀察組中開(kāi)展，而對(duì)照組仍然采用普通案例教學(xué)法進(jìn)行教學(xué)，通過(guò)對(duì)比觀察案例教學(xué)結(jié)合3D打印的帶教效果。

教學(xué)內(nèi)容按照我校教學(xué)大綱要求設(shè)定以下內(nèi)容：①結(jié)合案例教學(xué)見(jiàn)習(xí)骨科常見(jiàn)的骨折及其移位特點(diǎn)，并掌握骨折局部解剖結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)； ②對(duì)照組在對(duì)臨床案例的影像學(xué)資料閱片基礎(chǔ)上，結(jié)合病史、體征及手術(shù)演示進(jìn)行案例教學(xué)；③觀察組通過(guò)將臨床案例影像學(xué)資料轉(zhuǎn)化為3D器官模型，結(jié)合病史、體征及手術(shù)演示進(jìn)行案例教學(xué)。教學(xué)后通過(guò)對(duì)學(xué)生的見(jiàn)習(xí)考試及調(diào)查問(wèn)卷進(jìn)行教學(xué)評(píng)估。見(jiàn)習(xí)考試總分設(shè)定為100分，包括5個(gè)單項(xiàng)，各20分：①病史采集；②骨折的特征及分型；③影像學(xué)資料閱片；④常見(jiàn)骨折手術(shù)適應(yīng)征；⑤骨折手術(shù)方案的選擇。調(diào)查問(wèn)卷總分設(shè)定為100分，包括5個(gè)單項(xiàng)，各20分：①學(xué)習(xí)興趣；②骨折的體征及鑒別；③骨折局部解剖特點(diǎn)；④骨折不同移位類型鑒別；⑤手術(shù)過(guò)程的理解與掌握。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

2 結(jié)果

2.1 見(jiàn)習(xí)考試成績(jī)

觀察組與對(duì)照組相比，在骨折的特征及分型、影像學(xué)資料閱片、常見(jiàn)骨折手術(shù)適應(yīng)征、骨折手術(shù)方案的選擇4個(gè)方面得分較高，而在病史采集得分上無(wú)明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，見(jiàn)表1。

表1 見(jiàn)習(xí)考試成績(jī) 分)

注：與對(duì)照組相比，1)P<0.05

2.2 調(diào)查問(wèn)卷結(jié)果

觀察組與對(duì)照組相比，在學(xué)習(xí)興趣、骨折局部解剖特點(diǎn)、手術(shù)過(guò)程的理解與掌握3個(gè)單項(xiàng)的提高較多，而在骨折的特征及鑒別、骨折不同移位類型鑒別2個(gè)單項(xiàng)無(wú)明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，見(jiàn)表2。

表2 調(diào)查問(wèn)卷統(tǒng)計(jì)表 (n=30)

注：與對(duì)照組相比，1)P<0.05

3 討論

近年來(lái)，3D打印技術(shù)獲得了快速發(fā)展，其通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體，具有廣闊的應(yīng)用前景。迄今為止,人們已經(jīng)用 3D 打印技術(shù)打印出了很多東西。同時(shí)，該技術(shù)在臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用也有廣泛的前景，特別是在骨科[12-18]、口腔頜面外科[19-21]以及血管外科[22-23]等。以往的影像學(xué)資料(X線、CT等)，都提供不了立體、整體的影像學(xué)評(píng)估，因此，對(duì)患者的臨床資料進(jìn)行三維加工，并從中找出個(gè)體化的疾病相關(guān)信息存在一定的困難，這也給患者個(gè)體化治療方案帶來(lái)了一定障礙，同時(shí)，也不利于臨床教學(xué)的開(kāi)展。因此，對(duì)于接受骨折手術(shù)的患者術(shù)前進(jìn)行影像學(xué)資料三維加工，充分了解骨折局部解剖信息十分必要。3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，為該困難的解決提供了很好的技術(shù)基礎(chǔ)。

3D打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是可以將二維的影像學(xué)資料以三維的實(shí)體模型展現(xiàn)出來(lái)，各種解剖結(jié)構(gòu)可以精確再現(xiàn)，具備精確化、個(gè)體化的優(yōu)勢(shì)，對(duì)患者的治療和臨床教學(xué)都有較大的應(yīng)用前景。目前，3D打印技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于臨床教學(xué)，取得了不錯(cuò)了效果[24-26]。

3D打印在外科臨床應(yīng)用中取得了不錯(cuò)效果[1,27-29]，這也提示我們3D打印在骨科臨床教學(xué)中可能也能助于提高臨床教學(xué)效果。研究發(fā)現(xiàn)，3D打印模型有助于減少診斷過(guò)程中不同學(xué)習(xí)者之間的變異度[30]，即能取得更好的教學(xué)效果。同時(shí)，3D打印的優(yōu)勢(shì)還在于，能夠通過(guò)模型直觀地顯示解剖結(jié)構(gòu)，有利于術(shù)前規(guī)劃、術(shù)前評(píng)估、手術(shù)設(shè)計(jì)，尤其對(duì)年輕的醫(yī)學(xué)生加強(qiáng)對(duì)疾病診斷、治療的過(guò)程理解，具有較好的教學(xué)效果[31]。由此可見(jiàn)，3D打印更直觀、減少了人為因素可能導(dǎo)致的誤差，更重要的是，3D打印是個(gè)體化的方案，避免了解剖變異對(duì)患者疾病治療的影響。

長(zhǎng)期以來(lái)，案例教學(xué)法應(yīng)用于我院本科生見(jiàn)習(xí)教學(xué)，取得了不錯(cuò)的教學(xué)效果。案例教學(xué)法在骨外科教學(xué)中應(yīng)用較多，能夠有效激發(fā)學(xué)生對(duì)骨外科學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，有助于提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，同時(shí)也能加強(qiáng)對(duì)醫(yī)學(xué)的各種實(shí)際操作，最終提高骨外科臨床教學(xué)效果和滿意度[32-33]。案例不是一堆事例、數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單羅列，單純的理論講解很多時(shí)候不能引起學(xué)生的興趣，導(dǎo)致學(xué)習(xí)變得枯燥、乏味。鑒于此，我院在3D打印等新技術(shù)應(yīng)用于臨床時(shí)，也關(guān)注于新技術(shù)在臨床教學(xué)中的應(yīng)用。為了進(jìn)一步提升我院骨外科見(jiàn)習(xí)教學(xué)中的教學(xué)效果， 我院通過(guò)案例教學(xué)結(jié)合3D打印器官模型的方法進(jìn)行教學(xué)，借此作為提升教學(xué)質(zhì)量的突破口。充分發(fā)揮案例教學(xué)中對(duì)學(xué)生臨床思維的培養(yǎng)，使骨科案例教學(xué)更形象、更生動(dòng)、更立體。使學(xué)生更好地融入課堂，更好地參與討論，獨(dú)立思考，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。案例教學(xué)結(jié)合3D打印教學(xué)主要由以下幾個(gè)方面構(gòu)成：①選擇典型臨床骨折患者；②學(xué)生參與到案例患者的病史和體征采集過(guò)程，使學(xué)生對(duì)案例有更深入的了解；③將理論學(xué)習(xí)與案例結(jié)合學(xué)習(xí)，使學(xué)生對(duì)理論有更加深入的理解；④完善案例患者術(shù)前X線、CT等影像學(xué)資料，將CT數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成了 3D 打印的數(shù)據(jù)，制作出患者真實(shí)的骨折3D 模型，通過(guò)3D 模型了解骨折端組織的解剖學(xué)信息；⑤針對(duì)案例開(kāi)展小組內(nèi)討論，鼓勵(lì)學(xué)生獨(dú)立思考，再制定手術(shù)方案，結(jié)合 3D 教學(xué)模型講解手術(shù)過(guò)程及相關(guān)解剖知識(shí)。

本研究結(jié)果表明，觀察組在骨折的特征及分型、影像學(xué)資料閱片、常見(jiàn)骨折手術(shù)適應(yīng)征、骨折手術(shù)方案的選擇4個(gè)單項(xiàng)得分較高，而在病史采集得分上無(wú)明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。調(diào)查問(wèn)卷結(jié)果也表明，我院多數(shù)本科見(jiàn)習(xí)接受3D打印技術(shù)結(jié)合案例教學(xué)模式，觀察組在學(xué)習(xí)興趣、骨折局部解剖特點(diǎn)、手術(shù)過(guò)程的理解與掌握等3個(gè)單項(xiàng)上得到了顯著的提高，有效地調(diào)動(dòng)了學(xué)生主觀能動(dòng)性。

3D 打印模型案例教學(xué)模式在骨科中的教學(xué)優(yōu)點(diǎn)在于：一是充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，通過(guò)3D打印模型，使理論學(xué)習(xí)更簡(jiǎn)單、更高效，理解更容易；二是讓學(xué)生對(duì)不同外力下骨折移位方向及其周邊血管神經(jīng)走行可以直觀地觀察，使解剖知識(shí)與骨科知識(shí)更好地融合、貫通；三是3D打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是可以將二維的影像學(xué)資料以三維的實(shí)體模型展現(xiàn)出來(lái)，各種解剖結(jié)構(gòu)可以精確再現(xiàn)，具備精確化、個(gè)體化的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)觀察3D打印模型結(jié)合閱讀X線片和CT片，使學(xué)生對(duì)X線片和CT片理解更容易，更立體，減少了閱片的學(xué)習(xí)周期，減少了二維與三維之間的轉(zhuǎn)換困難；四是3D打印模型與手術(shù)演示相結(jié)合， 可使手術(shù)更形象、更生動(dòng)、更立體。在3D打印模型進(jìn)行手術(shù)設(shè)計(jì)，既能提高手術(shù)的安全性，也有利于學(xué)生參與到手術(shù)設(shè)計(jì)中來(lái)，明白手術(shù)切口選擇原因及也明白內(nèi)固定選擇的理由。直觀的案例資料，能更好地讓學(xué)生參與到案例的討論中來(lái)，避免了以往學(xué)生由于對(duì)患者骨折的理論知識(shí)與臨床結(jié)合困難，導(dǎo)致討論中無(wú)法理解帶教老師的所講，從而無(wú)法積極參與討論。X線、CT等影像學(xué)資料的閱讀在復(fù)雜骨折中閱讀困難，所需專業(yè)知識(shí)較高，學(xué)生往往很難短時(shí)間內(nèi)對(duì)這些影像學(xué)資料進(jìn)行一個(gè)信息抽提，這也是學(xué)生見(jiàn)習(xí)過(guò)程中對(duì)病例討論無(wú)法積極展開(kāi)的一個(gè)重要原因。

3D打印克服了以上多種教學(xué)中的困難，使學(xué)生能夠短時(shí)間內(nèi)對(duì)案例有一個(gè)較好的理解，也有助于理論知識(shí)與臨床的結(jié)合。有研究表明，利用3D打印技術(shù)教學(xué)，學(xué)生對(duì)這種教學(xué)方式給出的評(píng)價(jià)是“愉悅、有幫助、有效、自信”[34]。

3D打印技術(shù)改變了以往二維影像學(xué)資料在教學(xué)中的局限性，即缺乏直觀可見(jiàn)的教學(xué)輔助工具、案例代入感不強(qiáng)導(dǎo)致骨科案例教學(xué)枯燥的教學(xué)模式，減少了學(xué)生對(duì)骨科理論知識(shí)學(xué)習(xí)的難度，增加了影像學(xué)閱讀的能力，使學(xué)習(xí)工程中更加直觀和立體，減少學(xué)習(xí)障礙，使課堂討論更加積極，有利于正確引導(dǎo)學(xué)生加強(qiáng)骨外科專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)，從而在提高主觀能動(dòng)性的同時(shí)，獲得更好的教學(xué)效果。