Visible body三維解剖軟件結合3D打印技術在骨外科教學中的實踐效果分析

孫寶平 王正宇 王國偉 梁婷婷

山東大學附屬山東省立第三醫院關節外科，山東濟南 250031

創傷外科是骨外科的基礎學科，隨著交通工具的快速發展，高能量交通事故導致的粉碎性骨折越來越常見，此類骨折致傷機制復雜、形態多樣、碎裂嚴重，是臨床教學的難點。傳統教學方式提供的文字描述、圖片、影像學資料只能給學生平面視覺感受，缺乏組織結構的仿真性與立體性，造成學生對骨折分型、骨折嚴重程度，骨折手術復位過程、手術入路等無法全面掌握。3D打印技術是一種以數字模型數據為基礎的快速成型技術[1-2]，可以將黏合的粉末狀金屬或塑料以分層打印的形式打印成三維實體模型。3D打印技術可以把復雜骨折的三維模型數據打印成1∶1的實物模型，能夠讓學生直觀、立體地詳細觀察骨折形態、碎裂程度，也可以在打印的實物模型上模擬骨折的復位、鋼板固定的手術過程，加深學生的理解。三維人體解剖軟件是將人體從簡單的二維平面圖像變為三維立體圖像，將人體骨骼、肌肉、神經、血管、器官等直觀、立體地展現出來，三維解剖軟件能夠讓學生從各個角度直觀地觀察正常骨骼周圍的肌肉、血管和神經，降低學生空間想象負擔，增加學生學習興趣，本研究將3D打印模型與 Visible body三維解剖軟件結合應用于骨外科的臨床教學中，探究其教學效果，本研究開始前已通過學校教學倫理委員會審批，現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇2021年6月至2022年6月在山東大學附屬山東省立第三醫院（本院）參加臨床實習的56名學生，其中男27名、女29名，年齡22～26歲，平均（23.57±0.87）歲，采用隨機數表法將學生分為傳統教學組和實驗教學組，每組各28名。實驗教學組男13名，女15名，平均年齡（23.46±0.79）歲；傳統教學組男14名，女14名，平均年齡（23.67±0.94）歲。兩組年齡、性別方面比較，差異無統計學意義（P＞ 0.05），具有可比性。

1.2 方法

由同一位高年資教師（具備3年以上骨外科臨床帶教經驗的主任醫師）進行授課。脛骨平臺與股骨髁間骨折臨床較為常見，其解剖結構復雜、分型較多，學生對于這兩種骨折的分型、骨折受力機制及手術治療方案理解相對困難，因此本研究臨床教學選擇脛骨平臺骨折和股骨髁間骨折作為教學內容，在骨折的臨床表現、診斷、骨折機制、分型、治療（包括手術時手術入路）、康復等方面進行教學。3D打印數據來源于本院CT掃描數據，將CT掃描數據通過軟件轉換為計算機三維模型數據，然后使用3D打印機打印出三維實體模型。實驗教學組在除了常規的基礎理論授課外，在課程講解的過程中展示3D打印模型實體，并結合2019版Visible body三維人體解剖軟件（Windows版），講解骨骼解剖結構、骨折受力機制、骨折分型、手術入路、手術注意事項以及骨折周圍肌肉、神經、血管等，講解完成后與學生一起在模型上進行骨折的復位、固定的手術過程。傳統教學組以PPT形式講解基礎理論、骨折的分型和治療方案等內容，講授內容與實驗教學組相同。

1.3 觀察指標及評價標準

課堂教學結束后，兩組均采用理論知識考試和教學效果調查的方式對教學效果進行評估。課程結束后，對兩組學生進行考試，評估學生對此次授課內容的掌握程度，理論考試內容包括解剖、病因、骨折分類、臨床表現、診斷、治療等，兩組均采用閉卷考試，試題內容相同，考試時間相同，理論考試試題總分為100分。理論考試結束后讓學生填寫匿名教學效果調查問卷。問卷內容包括學習興趣、骨折分型理解、手術入路理解、骨折周圍解剖理解、教學氛圍滿意度、教學模式滿意度6項內容。每一項0～10級評分，0分表示不滿意或無法理解，5分表示滿意或理解，10分為非常滿意或理解透徹，評分越高表示教學效果越好。經檢驗，調查問卷的效度系數為0.716，信度系數（Cronbach’s α）為0.802，信效度符合要求。

1.4 統計學方法

采用SPSS 22.0統計學軟件進行數據分析。兩組計量資料符合正態分布，以均數 ± 標準差（±s）表示，組間采用t檢驗，計數資料以例數表示，采用χ2檢驗，P＜ 0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組理論考試成績比較

實驗教學組學生的理論考試成績為（86.69±2.68）分，傳統教學組成績為（79.93±4.24）分，實驗教學組成績明顯高于傳統教學組，差異有統計學意義（t=7.117，P=0.000）。

2.2 兩組教學效果調查評分比較

在教學效果調查評分方面，實驗教學組在學習興趣、骨折分型理解、手術入路理解、骨折周圍解剖理解、教學氛圍滿意度、教學模式滿意度方面評分均高于傳統教學組，差異有統計學意義（P＜ 0.05），見表1。

表1 兩組教學效果調查評分比較（分，x ± s）

3 討論

骨外科學的專業性較強，理論知識瑣碎，技術操作復雜，手術涉及大量的神經、肌肉、血管等結構，所以想要學好骨外科必須熟練掌握解剖知識，要有良好的三維想象能力和立體重構能力。隨著機動車輛逐年增加，高能量的交通事故率不斷上升，造成患者嚴重的多發骨折，這類患者的骨折受傷機制復雜，創傷大，骨折形態多樣、粉碎嚴重，是《外科學》教學難點之一[3]。髖臼骨折、脛骨平臺骨折、股骨髁骨折等復雜骨折，由于失去正常骨骼的形態和解剖標識，僅應用語言、圖片和文字說明的方式教學，致使教學內容枯燥無味、抽象難懂，尤其對解剖知識薄弱、三維想象能力較差學生來說，無法通過語言、文字、二維圖片在大腦中轉化為三維立體圖像，加重了知識點理解負擔，增加了學生厭學情緒。如何立體、生動地展示骨折形態及相關解剖結構成為骨外科教學面臨的難點

人體三維解剖軟件將人體解剖結構數據信息，應用計算機技術重建成全數字化人體結構的三維模型，將人體結構數字化和三維可視化，可以對解剖三維圖像進行放大、縮小、旋轉、平移，對組織、器官進行拆分和重組[4]，也可以模擬手術解剖，逐層顯示肌肉、神經、血管和骨骼，還可以演示肌肉收縮動作。學生可從多方位、多角度觀察正常骨骼形態與解剖標志，骨骼與周圍肌肉、神經、血管的位置關系[5]，減輕學生的三維空間想象負擔，加深知識點記憶效果。授課時，教師可以通過電腦版三維解剖軟件展示骨折可能損傷的血管、神經結構，講解手術入路時，可以使用軟件按照手術從外到內的順序，逐層講解，闡明各種手術入路的優缺點，降低了教師的授課難度。學生也可以使用同款手機軟件在課上同步學習或課后復習，消除了學生學習解剖時的時間和空間上的限制[6]，學生自己動手操作軟件，能夠加深學生理解，增加學習興趣與主動性[7-8]。

人體三維解剖學軟件只能提供正常解剖結構的骨骼三維圖像，不能提供骨折后的三維圖像，而3D打印技術可以通過3D打印機立體打印特定骨折的骨骼模型，可以將髖臼骨折、脛骨平臺骨折等復雜骨折的形狀、類型、嚴重程度準確復制[9-11]，突破影像學限制，直觀、立體地呈現給學生，學生可以從任意角度觀察、觸摸其解剖結構，增加學生實體感和立體感，對照X線片和CT片，學生可以更好地理解影像學資料上的信息，提高讀片能力。對于帶教老師來說，通過打印模型能更好地講解骨折的受力機制[12]、骨折形態、骨折分型，最后還可以在模型上與學生一起進行骨折的復位、固定等手術過程，提高學生動手能力，加深學生對所學知識的記憶與理解，同時也提高了課堂互動程度和學生的學習興趣，提升教學效果。3D打印技術已在骨外科教學領域得到廣泛應用，相關研究表明其能夠提高學生的理論成績和學習興趣，取得良好的教學效果[13-15]。

綜上所述，人體三維解剖學軟件可以展示正常組織的三維結構，但無法提供骨折后的三維解剖，3D打印技術能復制出骨折后的骨折形態，但無法顯示骨折周圍的肌肉、血管、神經等組織。三維解剖軟件結合3D打印模型的新型教學方式充分發揮了3D打印技術和三維解剖軟件的優點，可以讓教師更好地從各個角度向學生展示解剖結構的位置關系，更容易闡述骨折機制、分型和骨折周圍的血管、神經等內容，提高學生對骨科理論知識的掌握程度和課堂滿意度，增加了學生的學習興趣，提升了骨外科的教學效果，是一種值得推廣的教學方法。