三維重建打印技術在脊柱畸形疾病教學中的應用

陸琳松，吳晶，王浩

1.新疆維吾爾自治區人民醫院脊柱二科,新疆烏魯木齊 830001；2.新疆維吾爾自治區人民醫院科研教育中心,新疆烏魯木齊830001

脊柱畸形是骨科及脊柱外科非常復雜的一種疾患，有諸多分型方式，比較常用的分型有特發性，先天性，神經肌肉型，間質性，創傷性等，一旦發展到一定程度只能通過手術才能解決，此類手術難度大、風險高[1-3]，一直是臨床學生學習最難的醫學區域。傳統的教學方式以課本上的圖例為主，十分抽象，而畸形的脊柱解剖結構有諸多變異，且為三維立體的結構畸形，學生如果想要徹底了解和學習脊柱畸形，必須需要擁有強大的空間想象能力和局部解剖知識。目前臨床上也有很多技術能幫助學生了解脊柱畸形，比如CT 的三維重建技術，能帶來近距離的感官變化，但是缺乏更為直觀的感受，3D 打印技術能打印出更為真切的模型，并且還原患者脊柱畸形的完整架構[4]，學生參加脊柱畸形手術前，對患者3D 模型進行深刻學習，可以幫助學生對脊柱畸形有更清晰的認識，為臨床教學提供新的方法，更好地提高教學質量。選取2021 年4—10 月該院本科五年級實習生38 名為研究對象，將3D 打印技術應用于脊柱畸形臨床教學中，并與傳統教學方法進行比較，初步探究其教學效果，現報道如下。

1 對象與方法

1.1 研究對象

選取該院的38 名本科五年級實習生，根據隨機數表法，隨機分成觀察組和對照組，每組19 名。觀察組男10名，女9 名；年齡21～25 歲，平均（22.86±0.55）歲。對照組男11 名，女8 名；年齡21～25 歲，平均（23.16±0.61）歲。兩組研究對象一般資料比較，差異無統計學意義（P＞0.05），具有可比性。兩組臨床實習輪轉進度基本相同。

納入標準：已通過基礎及臨床階段各項考核進入臨床實習階段；相關專業課程平均成績≥80 分；在骨科實習時間≥3 個月。

排除標準：累積缺勤大約2 周的學生；不愿參加該次研究的學生；身體特殊原因會影響最后評分者。

1.2 方法

兩組學生的理論課程均由同一名骨科教授進行統一授課，兩組學生所處的教學空間與環境均相同。選取一名獲得專業骨科學主治醫師（碩士學位）對兩組學員進行臨床實習及帶教的工作。兩組實習生共同使用同一份典型脊柱畸形患者的資料。觀察組完成常規臨床教學的基礎后，對于脊柱畸形使用CT 平掃+三維重建后，利用Mimics 15.0 軟件建立3D 模型，3D 打印機用聚乳酸材料打印出1:1 的3D 全脊柱畸形模型。學員通過打印出的脊柱畸形模型來進一步理解畸形具體部位和相關分型，模擬手術方式；讓學員對脊柱畸形能有深刻的理解與認識。

對照組則采用傳統的教學方式，在試教室講述疾病的原理，帶領學員查體，并查看X 線片、CT 以及相關輔助檢查，術前常規討論等。

1.3 觀察指標

實習結束后，以出科考核的形式來對學員進行綜合測評考試。出科考核分別分為筆試、臨床技能考核兩個部分。考核內容按照全國高等院校規劃五年制教材《外科學》（第九版）考試大綱的要求制定，所有學生分別將由兩位骨科學副主任醫師進行考核。理論考試內容包括考試大綱規定的脊柱畸形疾病的定義、診療方法、常見分型及病例分析等，滿分100 分；并且以脊柱畸形的理解程度和術前術后脊柱畸形分型一致性判斷作為實踐考核標準，均給予10 分作為滿分。臨床技能既是來考核學生體格檢查、換藥或拆線、簡單清創縫合的基本功也是術前對脊柱畸形的理解程度、術前的手術設計等方面的能力提升，滿分100 分。

1.4 統計方法

采用SPSS 16.0 統計學軟件進行數據處理，符合正態分布的計量資料以（）表示，組間差異比較采用t 檢驗，P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

觀察組脊柱畸形的理解程度(8.51±0.49)分，高于對照組（P＜0.05）；觀察組術前術后脊柱畸形分型一致性判斷（8.45±0.51）分，高于對照組（P＜0.05）；觀察組的操作能力成績（88.51±4.35）分，高于對照組，差異有統計學意義（P＜0.05）；兩組理論考試成績比較，差異無統計學意義（P＞0.05)。見表1。

表1 兩組學生出科考試比較[（），分]

表1 兩組學生出科考試比較[（），分]

3 討論

在臨床教學過程中，骨科教學是非常重要的組成部分，在骨科教學中脊柱畸形是難點也是重點；由于脊柱局部解剖構造異常復雜，毗鄰有重要的脊髓和神經，局部構造抽象，學生不易理解；并且脊柱畸形原因復雜，需要基因學、局部解剖學、生物力學等學科知識，學生掌握困難，并且需要一定的三維空間結構想象力才能很好地理解[5]。而且脊柱畸形的原因很多，有老年退行性改變引起的脊柱畸形、脊柱結核后凸畸形、脊柱腫瘤并發畸形、強直性脊柱炎后天畸形、先天性脊柱發育異常、神經肌肉型等；每種不同原因的脊柱畸形，又存在不同的臨床分型，分型的意義在于更好地理解此病及相應的治療[6]。

3D 打印實現虛擬的數字技術與現實模型完美結合，已經在骨科臨床得到廣泛學習與應用，也逐步改變著醫療模式[7-9]。該科已經對諸多脊柱畸形患者，通過運用3D 打印技術復制畸形原樣，術前細致分型、詳細溝通患者及家屬、術前定制設計方案、模擬手術過程及相關操作、術中置釘導板方便置釘、術后預期結果等做了大量工作，此次運用3D 打印用于臨床脊柱畸形教學工作，研究其對教學質量的影響。對于脊柱畸形來講傳統教學方式相對抽象，運用3D 打印技術打印的實體模型則能夠體外再現脊柱的三維形態及特定的斷層結構，與X 射線片、CT、MRI 等傳統醫學影像學資料相比，可以提供更加詳細、直觀、立體、現實的三維圖像信息，可以將原本難以理解但具有復雜解剖特點的脊柱畸形疾病[10-11]，形象直觀立體地呈現于學生面前，使學生對脊柱的立體結構、病理、疾病分型及治療方法的理解更加容易[12]。

該研究發現在脊柱脊畸形的臨床教學中運用3D打印模型進行教學，學生能近距離的觀察畸形本身，研究畸形構造，建立手術方案，預測術后效果，手術參與感明顯增強，激發了學生的積極性，學習效率得到很大提升，在病例討論環節，團隊的合作意識得到加強，與教師的主動互動明顯增加。通過3D 模型配合教學，學生直觀地了解各種畸形構造，理論知識能更好的運用于實踐操作，臨床思維能力得到極大拓展，對脊柱側彎知識明顯提升興趣，更好地掌握診斷及治療原則，通過統計學分析發現觀察組教學的學生脊柱畸形理解程度高于對照組，分型術前術后一致性和操作能力均優于對照組（P＜0.05）。

綜上所述，脊柱畸形臨床教學中配合3D 打印技術，增加學生興趣，帶動理論知識深入學習，實踐能動性加強，豐富課堂互動，能增進教學效果。