PBL教學(xué)法聯(lián)合3D打印在神經(jīng)外科臨床教學(xué)中的效果分析

張 科 張義泉 王先祥 葉 雷 代興亮

神經(jīng)外科學(xué)是一種專業(yè)型相對(duì)較強(qiáng)的臨床學(xué)科，術(shù)語多且復(fù)雜，故而，對(duì)神經(jīng)外科相關(guān)的解剖和疾病知識(shí)有效的講解，一直以來都是臨床醫(yī)生帶教時(shí)亟待解決的問題[1]。在以往的臨床帶教過程中，針對(duì)醫(yī)學(xué)見習(xí)、實(shí)習(xí)和規(guī)培生的教學(xué)，單純的傳統(tǒng)授課（lecture-based learning，LBL）方法往往無法達(dá)到很有效的教學(xué)效果，學(xué)生對(duì)各組織、器官的結(jié)構(gòu)以及疾病的臨床特征缺乏直觀感受[2]。基于問題的教學(xué)方法（problem-based learning，PBL）是一種以學(xué)生為中心、以問題為導(dǎo)向的新型教育教學(xué)方法。在臨床帶教時(shí)，可以從個(gè)體化的病情出發(fā)，培養(yǎng)學(xué)生提出問題、分析問題和解決問題的能力，同時(shí)激發(fā)學(xué)生的興趣[3]。此外，近年來流行的3D生物打印模型具有高仿真特點(diǎn)，可以使得抽象的影像學(xué)圖片呈現(xiàn)出與實(shí)際組織或器官等比例的實(shí)體模型，并且可以通過使用不同的材料，直觀地區(qū)分出不同組織結(jié)構(gòu)。目前，3D生物打印技術(shù)已應(yīng)用于臨床教學(xué)活動(dòng)中，楊進(jìn)等[4]構(gòu)建了脊柱重度滑脫的骨科3D生物打印模型，顯著提高了骨科研究生對(duì)該疾病的認(rèn)知。孟慶友[5]建立心血管系統(tǒng)的正常解剖學(xué)結(jié)構(gòu)3D生物打印模型，提高了醫(yī)學(xué)生教學(xué)效率。然而針對(duì)神經(jīng)外科相關(guān)的3D生物打印技術(shù)的教學(xué)方法的報(bào)道仍然較少。神經(jīng)系統(tǒng)由于神經(jīng)纖維束、血管等組織密集分布而造成的復(fù)雜的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)特征，3D生物打印模型能預(yù)先模擬病灶與周圍重要神經(jīng)和血管的位置關(guān)系，繼而在手術(shù)治療方案的決策上，可發(fā)揮重要的作用。因此，我們推測(cè)將PBL教學(xué)與3D生物打印技術(shù)結(jié)合，能夠有效地促進(jìn)醫(yī)學(xué)實(shí)習(xí)生對(duì)疾病的理解，起到事半功倍的作用[6]。我們?cè)赑BL教學(xué)基礎(chǔ)上，利用3D生物打印技術(shù)構(gòu)建疾病的實(shí)體模型，對(duì)復(fù)雜難懂的神經(jīng)外科脊髓脊柱疾病進(jìn)行講解，為臨床教學(xué)探索一種更加合理、更加容易傳授知識(shí)、更加容易被醫(yī)學(xué)生接受、更為生動(dòng)活潑的教學(xué)新模式。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象 將2018年10月-2020年10月在本醫(yī)院神經(jīng)外科脊髓脊柱亞專業(yè)組實(shí)習(xí)的80名同學(xué)，以隨機(jī)數(shù)字表法分為PBL教學(xué)組（PBL組）和PBL教學(xué)聯(lián)合3D生物打印教學(xué)組（PBL+3D組），每組實(shí)習(xí)同學(xué)40名。每名同學(xué)的本科階段的神經(jīng)外科理論課內(nèi)容均由本科室高年資醫(yī)生進(jìn)行授課，以保證所接受的知識(shí)背景和結(jié)構(gòu)之間無明顯差異。

1.2 研究方法 兩組均由神經(jīng)外科脊髓脊柱亞專業(yè)1名具有副主任醫(yī)師資格的臨床醫(yī)師進(jìn)行授課，由另一名副主任醫(yī)師進(jìn)行評(píng)分，選取《外科學(xué)》神經(jīng)外科部分PBL教學(xué)內(nèi)容。PBL組的授課內(nèi)容以口頭授課為主，結(jié)合患者M(jìn)RI和CT等影像學(xué)資料，用4種典型的脊髓脊柱神經(jīng)外科疾病（脊髓外傷、椎管腫瘤、椎間盤突出和小腦扁桃體下疝）為示例，對(duì)脊髓脊柱病變進(jìn)行詳細(xì)講解，同時(shí)講授脊髓脊柱正常的和病理狀態(tài)下的血管、神經(jīng)和骨性解剖結(jié)構(gòu)。PBL+3D組的授課為在口頭教學(xué)的基礎(chǔ)上，用4個(gè)典型病例的3D生物打印高仿真模型進(jìn)行示教。3D生物打印模型選擇患者3.0T核磁共振（層厚1 mm）和/或高分辨薄層CT掃描（層厚0.5 mm）的影像學(xué)DICOM數(shù)據(jù)，通過mimics 17.0和3-MATIC 9.0軟件進(jìn)行三維重建，利用3D生物打印機(jī)（J750，Stratasys公司，美國(guó)），對(duì)不同模塊的組織選擇使用不同硬度、顏色和透明度的材料，利用光固化原理使用光敏樹脂材料進(jìn)行1∶1比例打印，完成后使用高壓水槍去除支撐材料。

1.3 教學(xué)效果評(píng)估 兩組同學(xué)對(duì)神經(jīng)外科脊髓脊柱疾病的臨床實(shí)習(xí)效果通過教學(xué)問卷調(diào)查和臨床能力測(cè)試進(jìn)行考核評(píng)價(jià)。教學(xué)問卷調(diào)查采用自行設(shè)計(jì)的調(diào)查問卷進(jìn)行調(diào)查，內(nèi)容包括對(duì)教學(xué)模式的感興趣程度、注意力集中程度、疾病認(rèn)知程度和教學(xué)滿意度4個(gè)方面，每項(xiàng)25分，總分100分。臨床能力測(cè)試采用提出專業(yè)問題考察其理論知識(shí)和分析臨床病例兩方面進(jìn)行，每一個(gè)方面占50分，總分100分。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件（19.0版本，IBM公司）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)量資料以均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差（）表示，兩組之間的比較采用成組t檢驗(yàn)或Mann-Whitney U檢驗(yàn)；同組治療前后血清炎癥指標(biāo)間的比較時(shí)，使用配對(duì)t檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料采用卡方檢驗(yàn)或Fisher精確檢驗(yàn)，P＜0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 兩組學(xué)生一般資料情況比較 PBL組學(xué)生40人，其中男27人（67.5%），女13人（32.5%）；年齡21～26歲，平均年齡（23.33±1.68）歲；PBL+3D組學(xué)生40人，其中男25人（62.5%），女15人（37.5%）；年齡20～26歲，平均年齡（22.92±2.15）歲，兩組學(xué)生年齡（t=0.925，P＞0.05）和性別（χ2=0.220，P＞0.05）差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，具有可比性。本研究的調(diào)查問卷共發(fā)放80份，回收率100%，臨床能力考核80人，考核率100%。以本科階段專業(yè)課理論考試成績(jī)?cè)u(píng)估兩組同學(xué)的學(xué)習(xí)能力，PBL組學(xué)生平均得分為（83.15±4.78）分，PBL+3D組學(xué)生平均得分為（83.55±4.50）分。兩組學(xué)生的一般資料及學(xué)習(xí)成績(jī)比較，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=-0.385，P＞0.05），具有可比性。

2.2 兩組學(xué)生對(duì)教學(xué)模式的問卷調(diào)查 分別對(duì)兩組學(xué)生進(jìn)行教學(xué)模式自我評(píng)分調(diào)查問卷，內(nèi)容包括對(duì)教學(xué)模式的感興趣程度、注意力集中程度、疾病認(rèn)知程度和教學(xué)滿意度等4個(gè)方面，每項(xiàng)滿分25分，總分100分。結(jié)果可見PBL+3D組學(xué)生的4個(gè)專項(xiàng)得分及總分均高于PBL組，差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。見表1。

表1 兩組學(xué)生對(duì)教學(xué)模式的自我評(píng)價(jià)得分比較（，n=80）

表1 兩組學(xué)生對(duì)教學(xué)模式的自我評(píng)價(jià)得分比較（，n=80）

項(xiàng)目 PBL+3D組 PBL組 t P感興趣程度 21.50±1.8419.35±1.65 5.492＜0.001注意力集中程度20.48±1.6318.23±1.91 5.655 ＜0.001疾病認(rèn)知程度 19.88±1.3819.08±1.47 2.505 0.014滿意度 20.08±1.4218.55±2.34 3.521 0.001總分 81.93±3.3375.20±4.39 7.722 ＜0.001

2.3 兩組學(xué)生的臨床能力測(cè)試 通過對(duì)兩組實(shí)習(xí)同學(xué)隨機(jī)提出脊髓脊柱相關(guān)的理論知識(shí)和病例分析，對(duì)每名同學(xué)進(jìn)行臨床能力的判斷，得分統(tǒng)計(jì)見表2。PBL+3D組學(xué)生的理論知識(shí)、病例分析以及總分均顯著高于PBL組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。

表2 兩組學(xué)生的臨床能力測(cè)試結(jié)果比較（，n=80）

表2 兩組學(xué)生的臨床能力測(cè)試結(jié)果比較（，n=80）

項(xiàng)目 PBL+3D組 PBL組 t P理論知識(shí) 42.25±2.77 39.73±3.67 3.475 0.001病例分析 44.68±2.64 40.80±2.54 6.679 ＜0.001總分 86.93±3.03 80.53±4.86 7.069 ＜0.001

3 討 論

傳統(tǒng)的神經(jīng)外科脊髓脊柱的臨床教學(xué)往往需要借助尸體標(biāo)本，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)復(fù)雜的神經(jīng)解剖學(xué)以及疾病相關(guān)知識(shí)的詳盡了解。但是，由于標(biāo)本獲取困難、倫理學(xué)限制等多種原因，可行性較差。而單一的口述教學(xué)往往不能呈現(xiàn)復(fù)雜的神經(jīng)解剖學(xué)和疾病的特征，故而無法保證實(shí)習(xí)教學(xué)效果的有效性[7]。

PBL教學(xué)新模式是以問題為導(dǎo)向、以學(xué)生為中心的教育教學(xué)方法。相較于傳統(tǒng)的以教師的理論講解為基本要素的LBL教學(xué)法來說，PBL教學(xué)法極大程度地提高了學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主動(dòng)性。同時(shí)，以臨床病例為導(dǎo)向的教學(xué)方法，能夠使得學(xué)生在枯燥的理論知識(shí)之外，更加有效地將課本知識(shí)與臨床病例結(jié)合起來，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。此外，臨床帶教老師也可以充分發(fā)揮專業(yè)優(yōu)勢(shì)，引導(dǎo)學(xué)生逐步了解組織器官的解剖學(xué)特點(diǎn)，以及疾病的病理學(xué)和病理生理學(xué)知識(shí)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的消化吸收和實(shí)際應(yīng)用。在許多臨床科室的教學(xué)中，PBL方法已被證實(shí)具有很大的實(shí)用性和有效性[8-9]。

在本研究中，我們發(fā)現(xiàn)在PBL教學(xué)基礎(chǔ)上，利用3D生物打印模型，對(duì)本科實(shí)習(xí)生進(jìn)行臨床教育，能有效地促進(jìn)實(shí)習(xí)同學(xué)對(duì)神經(jīng)外科脊髓脊柱疾病的興趣。3D生物打印技術(shù)是利用特殊的“生物墨水”，將預(yù)先設(shè)定的三維結(jié)構(gòu)組成特定生物材料的組織工程學(xué)技術(shù)，目前已在臨床、護(hù)理、醫(yī)藥開發(fā)和醫(yī)學(xué)影像學(xué)等多項(xiàng)生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。相比于傳統(tǒng)2D模式的教學(xué)內(nèi)容，3D生物打印因其直觀感強(qiáng)、可重復(fù)性好等特性，越來越多地應(yīng)用在臨床教學(xué)當(dāng)中[10]。在以往臨床教學(xué)和課程中，學(xué)生接觸到3D實(shí)體打印的機(jī)會(huì)較少，往往僅能從書本、圖片或臨床影像學(xué)資料上了解脊髓脊柱相關(guān)神經(jīng)生理學(xué)和病理學(xué)的解剖。作為一種新興事物，3D打印能夠從興趣出發(fā)，從而增強(qiáng)專注程度，并且進(jìn)一步增進(jìn)了實(shí)習(xí)過程中對(duì)疾病的認(rèn)知，故而PBL教學(xué)法聯(lián)合3D打印技術(shù)能夠從多方面綜合提高實(shí)習(xí)效果。

此外，3D生物打印模型還可以發(fā)揮其在臨床上獨(dú)特的作用。以往在對(duì)患者進(jìn)行臨床宣教或者手術(shù)方式講解過程中，往往因?yàn)榛颊叩闹R(shí)背景受限，無法對(duì)疾病及手術(shù)方法產(chǎn)生很好的理解，從而產(chǎn)生對(duì)疾病本身和治療方法的恐懼心理。3D生物打印模型能夠直觀地將疾病的病理生理特征展現(xiàn)給患者，使其了解其自身疾病與臨床癥狀之間的關(guān)系，并了解相關(guān)的手術(shù)方法、并發(fā)癥等治療方面的信息，能有效地解除患者對(duì)手術(shù)的恐懼心理，增加醫(yī)患溝通效率，避免醫(yī)療糾紛的發(fā)生[11]。另一方面，低年資醫(yī)生可以利用3D生物打印模型進(jìn)行術(shù)前手術(shù)的訓(xùn)練，提升臨床技能，而高年資醫(yī)生能夠通過對(duì)復(fù)雜疾病中構(gòu)建的3D生物打印模型，制定最佳的手術(shù)方案，提升手術(shù)效果，減少手術(shù)并發(fā)癥[12]。

綜上所述，對(duì)于本科實(shí)習(xí)生的臨床帶教，PBL聯(lián)合3D生物打印一方面能夠有效的促進(jìn)其對(duì)神經(jīng)外科脊髓脊柱方向的興趣，另一方面能夠使其更好地接受專業(yè)知識(shí)，且有益于臨床醫(yī)生與患者的溝通和宣教，也有助于臨床醫(yī)生制定手術(shù)方案及術(shù)前手術(shù)的訓(xùn)練，值得在神經(jīng)外科各個(gè)亞專科之間大力推廣。