3D打印模型在支氣管解剖教學中的應用

張純希，葉 霖，謝芳芳，黃志宏，孫加源*

(1.上海市胸科醫院/上海交通大學附屬胸科醫院，上海 200030;2.上海交通大學醫學院，上海 200001)

支氣管解剖是臨床重要知識點，肺臟承擔著氣體交換功能，而外界氣體正是通過氣管各級分支向遠端肺泡輸送。其次，很多疾病發生在氣管或者支氣管，比如慢阻肺、哮喘和肺癌等，熟悉支氣管解剖有助于對這些疾病的進一步理解。再者，熟悉支氣管解剖能夠輔助臨床醫生判讀肺部影像，對病變位置、病變累及范圍等有更全面的了解。然而，氣管的分支就像一棵倒置的大樹，錯綜復雜，一直是教學的難點。3D打印技術起源于20世紀80年代末，是一種以三維模型數據為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過數字打印機逐層快速打印出所需實物的技術[1]。

3D打印技術起源于20世紀80年代末，是一種以三維模型數據為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過數字打印機逐層快速打印出所需實物的技術，技術的核心原理是“分層制造，逐層打印”[1]。作為一種快速成模技術，3D打印技術改變了傳統的少品種、大批量的生產模式，轉化為現代多品種、小批量、個性化的生產模式，在醫學、航天、汽車等領域均具有廣泛的應用。3D打印突破了平面2D的局限，加上不同顏色和質地的材料的選擇，使3D打印模型具有高度仿真、立體直觀的特點，這一特點使3D打印模型逐漸被運用于醫學教育中，其在骨科[2]、血管外科[3]、胸外科[4]等臨床教學中的應用已有報道。研究采用3D打印技術成功構建了支氣管樹的3D模型，并將其應用到支氣管解剖的臨床教學中，取得了較為滿意的效果。

一、對象與方法

(一)研究對象。

以上海交通大學醫學院30位大二本科生為研究對象，隨機分成對照組和實驗組。對照組學生15名，其中男性6名，女性9名，平均年齡為(19.07±0.80)歲；實驗組學生15名，其中男性5名，女性10名，平均年齡為(19.07±0.70)歲，兩組的平均年齡和性別構成無統計學差異(P>0.05)。

(二)研究方法。

先獲得學生們支氣管解剖知識的基線水平，依次標注10支支氣管分支，每一分支提供兩個觀察角度和1分鐘的觀察時間，正確寫出一個分支的名稱得1分，滿分10分，由同一不參與調查的教師按統一的給分標準進行給分。教學階段，對照組采用教師講解幻燈片的形式進行教學，幻燈片的內容以2D解剖模式圖為主。實驗組在此基礎上，增加標注有分支名稱的3D打印支氣管模型。由同一教學經驗豐富的高年資醫生為兩組學生授課，兩組授課時間相同，講課所用幻燈片在課程開始時下發給每一位學生，便于記錄筆記。課程結束后，留30分鐘的復習時間，對照組可以利用幻燈片和筆記進行復習，實驗組在此基礎上可以利用3D模型，兩組之間不能相互交流。30分鐘后，進行教學后測試，測試形式同基線測試，共進行三次，取平均值作為教學后成績。最后，以問卷的形式收集兩組學生對教學模式的反饋。

(三)觀察指標。

通過測試成績比較兩組學生對支氣管解剖理論知識的掌握程度，通過自制的問卷調查表，收集學生對教學模式的反饋，問卷內容包括：(1)問題1：該教學模式可以激發學習興趣；(2)問題2：該教學模式有利于理論知識的理解；(3)問題3：該教學模式有利于知識的長期記憶；(4)問題4：該教學模式有利于空間感的建立；(5)問題5：對該教學模式的總體滿意度，學生就這五個方面進行1～10分的打分，1分代表強烈否定，10分代表強烈肯定。

(四)統計學處理。

二、結 果

(一)兩組學生成績對比。

兩組基線成績相等，接受解剖教學后，實驗組的成績顯著高于對照組(P<0.001)，見表1。

表1 兩組學生成績比較(分，

(二)兩組學生教學反饋對比。

實驗組對5個方面的反饋均顯著優于對照組(P<0.001)，見表2。

表2 兩組學生對教學模式的反饋(分，

三、討 論

支氣管解剖具有分支級數多、走行復雜的特點，一直是教學的難點，在傳統教學過程中，常用二維模式圖進行講解，初學者很難建立空間感，教學效果不甚理想。盡管可以通過計算機技術進行三維重建，但仍是以二維的屏幕進行展示，效果有限，而3D打印模型1 ∶1還原真人的支氣管結構，可以直觀、立體的展示每一分支的位置和走行。本研究顯示，與傳統教學相比，運用3D打印模型進行教學可以顯著提高學生對支氣管解剖的掌握程度，有利于空間感的構建，有利于學生對支氣管分支的理解且有利于知識的長期記憶。同樣的，3D打印模型在耳鼻喉科[5]和神經外科[6]解剖教學中的效果也得到了驗證，這些部位的解剖均具有復雜且深在的特點，顯示出了3D打印模型在復雜部位解剖教學中的優勢。

本文也存在一些不足。首先，由于本文的研究對象是初學者，因此只研究了3D模型在支氣管外部解剖教學中的應用，對于已經掌握支氣管外部解剖的對象，在今后的教學中，可以嘗試將3D模型用于支氣管內部解剖的教學。其次，本文所用的支氣管模型均為正常模型，不利于學生對疾病情況的了解，在今后的教學中，可以進一步采用含有病變的3D模型，有助于學生認識病變、理解疾病臨床表現、設計治療方案等。最后，本文只關注了理論知識的學習，沒有進一步進行操作訓練，Ghazy等將3D打印支氣管模型用于住院醫師的內鏡操作訓練，包括操作內鏡到達指定的支氣管開口以及用內鏡取出支氣管內異物兩項操作，結果發現經過3D模型訓練后，操作所需時間明顯縮短，顯示了3D模型應用于操作教學的潛力[7]。

綜上所述，3D打印支氣管模型有助于提高支氣管解剖的教學效果和學生滿意度，值得采納與推廣。