现代教育技术
3D打印教学模型在脊柱外科教学中的应用
中华医学教育探索杂志, 2021,20(2) : 189-192. DOI: 10.3760/cma.j.cn116021-20200130-00400
摘要
目的

探讨3D打印教学模型在脊柱外科教学中的应用效果。

方法

选取2015级八年制临床医学生50名,随机分为两组,对照组应用传统教学,实验组应用3D打印教学;比较两组出科成绩、教学体验指标及教学满意度情况;应用SPSS 22.0对研究数据行t检验。

结果

实验组出科成绩高于对照组(P<0.05);实验组各项教学体验指标评分均高于对照组(P<0.05);实验组满意率高于对照组(P<0.05)。

结论

3D打印模型教学可显著提高学生的理论知识考核评分及手术设计方案评分,提高教学效果及学生的满意程度。

引用本文: 刘啸. 3D打印教学模型在脊柱外科教学中的应用 [J] . 中华医学教育探索杂志, 2021, 20(2) : 189-192. DOI: 10.3760/cma.j.cn116021-20200130-00400.
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进入骨科专业的临床八年制医学生,需要在实习期内尽快掌握并了解专业的骨科知识,方能更快地适应临床工作[1]。目前,伴随着计算机技术的飞速发展,特别是3D技术不断在临床教学及临床医疗中广泛使用,临床的教学方式发生了较大改变[2,3]。为了进一步提高骨科临床教学效果,本研究引入了以计算机辅助技术为基础的3D打印技术,以复杂脊柱畸形治疗为例观察脊柱外科教学的效果,现报道如下。

1 对象与方法
1.1 研究对象

选取2015级八年制临床医学生50名。对照组25例,年龄20~25岁,平均(23.1±1.6)岁,其中男性20例、女性5例;实验组25例,年龄20~25岁,平均(23.2±1.4)岁,其中男性21例、女性4例。两组的一般资料差异无统计学意义(P>0.05),具有可比性。

所有学生均知情研究;均签署同意书;中途因故缺席教学者和既往已经有过脊柱外科学习经验者不纳入本研究。

1.2 方法
1.2.1 对照组

对照组采用传统教学模式,主要包括:课堂教学、影像学阅片、分析典型病例等。通过讲授法、以问题为基础的学习(problem-based learning,PBL)教学法,分析知识要点及重点。

1.2.2 实验组

实验组采用3D打印教学模型。①获取CT资料并进行三维重建。CT扫描资料来源于在北京大学第三医院影像科CT室接受薄层CT扫描检查的患者,体位为仰面平卧位。CT的扫描范围:完整的畸形脊柱节段、周围的邻近节段。在CT工作站当中使用刻录光盘的形式将数据导出,并实施三维重建。②制作3D打印实体模型。根据叠层制造方法及材料累加概念,通过计算机的辅助控制,依据物体CT及CAD模型等相关数据,对材料进行精确堆积。制造的原形基于堆积成型及离散原理这一全新数字化成型技术,能够迅速且自动地把设计思想变为物理试验模型,还能够直接进行零件制造,制造出在结构及外形方面都与原形相等同、拥有复杂空间结构的实物模型。③教学方法。充分地安排好教学时间,依据教学中的病例情况,在实施教学之前提前向学生下发相关资料,让学生可以预习并提前了解相关疾病,做好心理准备。遵循从简单逐渐到复杂的过程,针对影像学资料及临床表现对病例进行讨论。首先指导学生研习相关检查资料,包括MRI、三维CT、X线片及病史等。比如可以讨论枕环枢联合畸形的病例,1例病例在三维CT及X线片当中可以明显地显示出环枕的融合畸形;而另外1例病例在X线片当中没有看到畸形,但是三维CT可以明显地显示齿状突先天分离。使用开放式教学方法,让学生针对上面的两个病例进行深入讨论并初步诊断,判断疾病位置及性质,学会怎样准确地看片。等学生取得基本一致的意见之后,取出事先打印制作好的3D模型,使得学生能够全方位地对患者的病变情况进行观察;让学生全方位观察3D模型,对之前所做出的诊断进行修正及反思,使得学生对常规影像学资料的阅读能力进一步提高。④通过3D打印模型来确定治疗方案。通过对3D模型进行直观地观察,能够对病变位置及形态进行了解;同时还能够对脊柱畸形的病理学全貌进行充分了解,更加明确畸形类型。再通过测量,为患者选取更加合适的手术方式及手术入路,尤其是为患者选取更加合适的螺钉长度、螺钉直径、椎弓根螺钉进钉点、螺钉的植入角度及植入深度等。在术前通过3D模型来预选手术过程中进行内固定的材料及种类,并对其外形进行重建。比如选择更为合适的钛合金棒,并将其预弯成为治疗过程中所需要的实际弧度;在必要的时候,甚至能够对其实施模拟预手术,从而尽可能地为患者制定更加详尽、更加具有针对性的手术治疗方案。

1.3 观察指标
1.3.1 针对两组的出科成绩水平进行观察对比

主要包括:设计手术方案及理论知识两个部分,全部使用百分制进行考核。由两位教师进行评分,取平均值作为研究数据。理论知识的考核内容主要包括:分析病例、临床诊断、临床治疗、临床分型、临床定义等[4]

1.3.2 针对两组的教学体验指标进行观察对比

主要是通过问卷调查的方式评估,主要包括四个部分:面对复杂外科手术时的自信心、对理论知识的理解、直观体验及学习兴趣,全部使用百分制进行考核[5]

1.3.3 针对两组的满意情况进行观察对比

主要是通过问卷调查的方式观察比较学生对不同教学方式的认可程度及满意程度;使用百分制进行考核,满意:>90分,一般满意:75~90分,不满意:<74分[6]

1.4 统计学方法

应用SPSS 22.0对所有研究数据进行整合及分析,计数资料用率表示,行卡方检验检测;计量资料用(均数±标准差)表示,行t检验检测。检验水准α=0.05。

2 结果
2.1 两组的出科成绩比较

实验组出科成绩中理论知识考核评分及设计手术方案评分均高于对照组,差异均有统计学意义(P<0.05)(表1)。

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表1

两组的出科成绩比较[n=25,(±s),分]

表1

两组的出科成绩比较[n=25,(±s),分]

组别设计手术方案理论知识考核
对照组72.5±2.971.4±2.7
实验组86.9±3.588.5±5.1
t16.46219.874
P0.0190.016
2.2 两组的教学体验指标比较

实验组各项教学体验指标评分均高于对照组,差异有统计学意义(P均<0.05)(表2)。

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表2

两组的教学体验指标比较[n=25,(±s),分]

表2

两组的教学体验指标比较[n=25,(±s),分]

组别面对复杂外科手术时的自信心理解理论知识直观体验学习兴趣
对照组74.2±3.576.5±2.974.1±3.174.5±2.8
实验组84.2±3.985.1±3.486.9±2.587.2±3.1
t15.03219.41618.75116.022
P0.0210.0160.0170.020
2.3 两组的满意情况比较

实验组教学满意率高于对照组,差异有统计学意义(χ2=6.516,P=0.011)(表3)。

点击查看表格
表3

两组的满意情况比较[n=25,n(%)]

表3

两组的满意情况比较[n=25,n(%)]

组别满意一般满意不满意满意率(%)
对照组12(48.0)7(28.0)6(24.0)76.0
实验组19(76.0)5(20.0)1(4.0)96.0
3 讨论

脊柱在生理解剖结构方面十分多变且复杂,在脊柱的周围都毗邻着众多重要的血管及神经,随着临床相关脊柱疾病发病率显著升高[7],对外科医生的手术操作及心理素质都提出了十分高的要求[8]

传统临床骨科教学通常采用带领学生查房的方式共同在患者床前阅片讲解;或者结合其他的教学工具,如PPT或者幻灯片等方式展示患者影像学资料进行讲解。而即便相比其他的教学方式多了PPT或者幻灯片这两种教学"道具",这些"道具"依旧让学生感到枯燥及抽象[9]。3D打印技术的出现,辅助使用计算机模拟技术,有机地结合了影像学资料、3D打印及患者病历这些"原材料",并且通过先影像学资料然后再3D模型这一顺序,使用启发式、渐进式的教学方法,使得学生热情可以得到更加充分的调动,同时还可以通过最直接、最快的方法让学生学会怎样阅片,怎样分类疾病[10]

本研究提示,实验组出科成绩:理论知识考核评分及设计手术方案评分均高于对照组。说明使用3D打印教学模型可显著提高学生的考核成绩,提高学生的知识掌握程度。其原因为,3D打印教学模型能够使得原本很难理解的、十分抽象的脊柱结构变得可触及并更加直观;通过使用3D打印教学模型,使得学生学习兴趣显著增加的同时,还可以加深学生对脊柱结构及知识的认识及记忆。而针对学生在实际学习过程当中出现的问题,又能够将其带入到案例教学(case-based learning,CBL)环境当中进行开放性的讨论,得到更为深刻的认识及理解,从而形成一个教学和学习互相促进的良好反馈循环,更进一步地提高学生学习成绩[11]

本研究结果提示,实验组各项教学体验指标评分均高于对照组。这说明使用3D打印教学模型可显著提高教学效果。通过先对影像学资料进行观察,且讨论临床资料,再使用3D打印模型实施反思及对比,与具体病例相结合进行分析,可以更加清晰地对患者体征进行了解。让学生可以首先较深地了解患者的相关影像学资料,学会怎样阅片,怎样对病情进行判断;再通过相关影像学检查资料来分型疾病类型,同时与患者体征相结合,能够让学生的阅片能力得到极大的提高,提高学生的临床诊断能力。教师还能够充分地结合畸形情况,向学生讲解发生脊柱畸形的具体原理及病因。在这一基础之上,教师再进一步地讲解手术方法,可以使得学生的认识得到更进一步的加深[12]

本次研究结果提示,实验组满意率高于对照组。这说明使用3D打印教学模型可显著提高学生对教学的满意程度。骨科通常需要在进行临床诊疗的过程当中尽可能多地对相关组织结构情况进行了解,同时也需要充分地了解病灶周边的毗邻组织情况及关系。3D打印技术可以将CT数据重新进行编辑及构建,尤其是在操作方面也比较简便,在临床诊断、临床治疗及医患沟通方面都会产生较大的辅助作用[13]

与此同时,3D打印能够将病变打印出实体,得到的模型能够进行任意地、自由地旋转,可以让学生通过任意的角度对模型进行观察。依据畸形类型及位置,同时再跟患者的影像学资料及体征结合,更加准确地进行临床分型及诊断。通过虚拟手术模拟,能够发现在设计手术过程中存在的缺点,对手术方案进行及时改进;对手术过程中可能出现的问题进行提前掌握及了解,预先拟定解决方案,从而更好地在手术过程中进行应对。

利益冲突
利益冲突

作者声明不存在任何利益冲突

参考文献
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