3D打印結合CBL教學法在脊柱側彎規培教學中的應用

陶 暉 李 潔

脊柱由于其復雜的解剖結構特點，教學過程中要求學生具有良好的解剖基礎和抽象思維能力[1]。其中脊柱側彎由于涉及到脊柱矢狀位、冠狀位和水平面的三維空間位置改變，一直是教學中的難點。脊柱側彎的治療與預后與其病因、側彎角度、分型有著密切關系，其治療方式又常涉及到脊柱截骨角度的設計以恢復平衡狀態[2]。單純依靠影像學資料的基于案例學習（case-based learning，CBL）教學模式，對學生的理論知識和空間想象能力要求極高，學生常感覺課程枯燥乏味。3D打印技術的出現可1:1個體化打印脊柱側彎模型，直觀的表現出脊柱側彎的特點，極大地改善了學生對脊柱側彎的學習興趣和學習曲線[3]。3D打印技術作為一種新型、直觀、可觸及的教輔手段，已廣泛應用于經皮椎弓根穿刺、腰椎穿刺等教學過程中，并取得了良好的效果[4]。因此，我科將3D打印技術與CBL教學法相結合應用于住院醫師規范化培訓學員脊柱側彎的教學過程中，顯著提高了學員們的積極性，并有效提高了學員們對脊柱側彎相關理論知識的掌握程度，現報道如下：

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2019年7月-2020年12月在我院脊柱外科輪轉的住院醫師規范化培訓學員40人作為研究對象，依據入科時間順序隨機分配至實驗組和對照組，兩組各20人。其中實驗組采用3D打印結合CBL教學法，男17人，女3人，平均年齡（23.67±1.46）歲；對照組采用CBL教學法，男15人，女5人，平均年齡（24.15±1.74）歲。兩組學員基本資料差異無統計學意義（P＞0.05），具有可比性。見表1。

表1 兩組學員一般資料比較

1.2 研究方法 兩組學員的教學均由具有經驗豐富的主治醫師完成。①實驗組：采用多媒體、患者影像學資料、3D打印個體化模型進行脊柱側彎的解剖特點和相關概念的講解、指標測量的方法、截骨矯形原理講解、手術術前規劃設計等。②對照組：僅采用多媒體結合患者影像學資料對上述理論和方法進行講解。兩組學員除3D打印模型外，其它病例選擇、教學內容等均完全相同。

1.3 教學效果評價 課程結束后，通過主觀問卷和客觀考核對授課教師和上述兩種教學效果進行評價。其中，通過自制教學評價表和自我評價表分別對授課教師和學習效果進行評價，通過理論考試對脊柱側彎概念理解能力、病理特點、指標測量、截骨矯形原理、手術術前規劃設計等進行客觀評價。所有問卷及考試均無記名。

1.4 統計學方法 所有數據應用SPSS 19.0軟件進行統計學分析。計數資料以（n，%）表示，采用χ2檢驗；計量資料以（±s）表示，采用獨立樣本t檢驗，P＜0.05表示差異具有統計學意義。

2 結 果

2.1 兩組學員主觀問卷調查結果比較 實驗組和對照組對授課老師教學總體滿意度評價（非常滿意和基本滿意人數之和/總人數，下同）分別為95%和90%，兩組差異無統計學意義（P＞0.05）。見表2。學員對自我學習效果評價結果顯示，實驗組學員的總體滿意度為75%，不滿意度僅為5%；對照組學員總體滿意度為30%，不滿意度高達35%。兩組自我學習效果差異具有統計學意義（P＜0.05）。見表2。

表2 兩組學員主觀問卷調查結果比較（例）

2.2 兩組學員客觀考試結果比較 實驗組學員在脊柱側彎概念理解能力、病理特點、指標測量、截骨矯形原理、手術術前規劃設計考試成績方面得分均高于對照組，且差異具有統計學意義（P＜0.05）。見表3。

表3 兩組學員客觀考試結果比較（±s，分）

表3 兩組學員客觀考試結果比較（±s，分）

組別 n 概念理解能力 病理特點 指標測量 截骨矯形原理 手術規劃設計 總成績實驗組 20 16.67±1.29 17.19±0.93 17.22±1.19 16.28±0.85 16.53±1.74 84.15±7.62對照組 20 14.17±3.46 13.28±1.16 14.58±1.37 14.65±1.29 14.36±1.23 71.82±8.26 t 7.826 13.493 12.758 9.526 10.164 13.563 P＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001

3 討 論

住院醫師規范化培訓是醫學生畢業后教育的重要環節，也是醫學生成長為一名合格的臨床醫生的必經之路。因此，如何提高住院醫師規范化培訓的教學質量對于規培學員的成長具有極其重要的意義。CBL教學法是以臨床病例為基礎，從而設計與之相關的問題，由教師引導并啟發學生圍繞問題展開小組討論，并在分析討論過程中逐步掌握相關知識點[5]。相較于傳統教學模式，CBL教學法可顯著提高學生的學習興趣和學習效率[6]。

在傳統的脊柱外科教學過程中，常以PPT結合影像學資料（X線、CT、MRI）和解剖模型等方式進行教學，對于脊柱相對簡單的一些疾病，如頸椎病、腰椎間盤突出癥、腰椎滑脫、脊柱骨折等，結合CBL教學法，規培學員通過對二維結構的改變尚可理解并掌握。但由于脊柱側彎疾病常涉及到椎體、脊髓和神經、血管、肋骨、肌肉等解剖結構三維空間位置的異常，通過正常的解剖模型無法揭示出疾病的特點，導致學生很難在短期的培訓中理解和認識該疾病的特點，從而難以做出正確的治療和制定手術策略。這不僅讓教師教授困難，而且學員學習主動性差，容易產生厭倦心理。

3D打印技術的出現為脊柱側彎的教學帶來了新的途徑。3D打印是一種快速成型技術，通過導入患者真實的三維CT數據，利用計算機建模，運用3D打印機將可粘合塑料材料逐層打印，從而精準復制1:1實體模型[7]。利用3D打印技術可以真實的將患者的實體模型展現在學員眼前，避免了學員通過影像學資料在腦海中構造脊柱模型的過程，不僅可促進學員對脊柱復雜空間結構的了解，同時還可有效提高其學習積極性和學習效率。目前，該項技術已廣泛應用于脊柱外科手術的術前規劃、導板的構建、個體化生物假體的定制等[8-9]，此項技術于脊柱外科教學中的應用也在不斷增多[10]。

本研究中，首先通過學員對授課老師滿意度進行評價，兩組學員并無統計學差異（P＞0.05），從而避免了因為老師授課水平對研究結果產生的影響。然后，通過將患者三維CT數據導入后，利用3D打印技術將患者椎體、脊髓、血管、肋骨等按照等比例進行打印，真實反映脊柱側彎的畸形狀態和異常的解剖特點。在教學過程中，與傳統的CBL教學法相比，將3D打印和CBL教學法相結合，能顯著提高學員的對脊柱側彎概念理解能力、病理特點的掌握及相關指標測量等（P＜0.05），并有效增加學員的學習興趣（P＜0.05）。這主要是由于3D打印可在三維空間上更直觀地讓學員了解脊柱側彎患者椎體、脊髓、血管和肋骨等結構的異常形態，更透徹的理解脊柱側彎的病理特點，有效彌補了單純CBL教學法以平面圖像和二維影像學資料為主的缺陷。此外，在帶教老師的指導下，學員還可以利用3D打印模型進行手術策略的制定并通過截骨矯形進行手術模擬，能夠讓學員切身模擬感受到真實手術的操作過程，大大增加了學員的學習興趣和積極性。

綜上所述，在脊柱外科脊柱側彎矯形過程中，3D打印技術結合CBL教學法可有效提高住院醫師規范化培訓學員的學習興趣和積極性，并顯著增強學員對脊柱側彎解剖特點、病理過程等概念的理解能力，從而提高學習效率，增強實踐能力，值得在教學過程中進一步推廣應用。