田　　林，田　　聰，周紅海，汪麗偉，史炎鑫，羅榮宇，楊思源，董盼鋒（.廣西中醫(yī)藥大學(xué)，廣西 南寧　5000；.鄭州市骨科醫(yī)院，河南 鄭州　450000；.廣西中醫(yī)藥大學(xué)附屬瑞康醫(yī)院，廣西 南寧　500）

教學(xué)研究

3D打印及其輔助技術(shù)在中醫(yī)骨傷臨床教學(xué)中的應(yīng)用研究

田林1，田聰1，周紅海1，汪麗偉1，史炎鑫2，羅榮宇1，楊思源1，董盼鋒3
（1.廣西中醫(yī)藥大學(xué)，廣西 南寧530001；2.鄭州市骨科醫(yī)院，河南 鄭州450000；3.廣西中醫(yī)藥大學(xué)附屬瑞康醫(yī)院，廣西 南寧530011）

［目的］將3D打印及其輔助技術(shù)應(yīng)用于中醫(yī)骨傷臨床教學(xué)中，初步探究其應(yīng)用效果。［方法］選取臨床實習(xí)的56名中醫(yī)骨傷科學(xué)專業(yè)本科生，隨機(jī)分為試驗組和對照組。收集經(jīng)中西醫(yī)方法治療的典型骨科病例，結(jié)合臨床及影像學(xué)資料，試驗組28名學(xué)生采用3D打印及其輔助技術(shù)進(jìn)行臨床教學(xué)，對照組28名學(xué)生則采用傳統(tǒng)教學(xué)方法進(jìn)行臨床教學(xué)。［結(jié)果］試驗組學(xué)生的實習(xí)效果自評得分、出科考核（理論知識、操作技能、病歷分析與書寫）成績均高于對照組，除專業(yè)興趣得分外差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。［結(jié)論］3D打印及其輔助技術(shù)是一種有效的中醫(yī)骨傷臨床教學(xué)方法，特別有助于中醫(yī)正骨手法的教學(xué)，具有良好的臨床教學(xué)應(yīng)用前景。

3D打??；中醫(yī)骨傷；臨床教學(xué)

3D打印（three dimension printing）技術(shù)是一種建立于材料累加和疊層制造概念基礎(chǔ)之上的快速成型技術(shù)方法。3D打印以數(shù)字化模型資料為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀塑料或金屬等高分子粘合材料，通過逐層堆疊累積的方式打印三維實體［1-2］。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域里，利用CT或MRI獲取的原始數(shù)據(jù)建立三維數(shù)字模型，再借助計算機(jī)輔助制造（computer aided design，CAD）軟件進(jìn)行設(shè)計和修改，最終將數(shù)據(jù)輸入到3D打印機(jī)完成建模。隨著數(shù)字骨科的建設(shè)發(fā)展和3D打印技術(shù)的成熟完善，3D打印及其相關(guān)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于復(fù)雜骨折、骨腫瘤、骨科畸形及損傷、畸形矯正和假體制作等方面［2-4］。

在臨床教學(xué)中，扎實的解剖知識和良好的空間想象能力是學(xué)好中醫(yī)骨傷科學(xué)知識的關(guān)鍵，特別是在中醫(yī)正骨手法操作中顯得更為重要。在臨床診治過程中，如何再現(xiàn)患者的受傷機(jī)制、對比骨折前后體征變化、明確手法復(fù)位操作要點(diǎn)、探究手術(shù)治療方案等一系列問題，均需要醫(yī)者具有良好的三維立體模型概念支持。為此，我們將3D打印及其輔助技術(shù)應(yīng)用于中醫(yī)骨傷學(xué)科臨床教學(xué)中，并與傳統(tǒng)教學(xué)方法比較，探究其對臨床教學(xué)的影響。

1　　對象與方法

1.1研究對象選取2015年9月～2016年1月在廣西中醫(yī)藥大學(xué)附屬瑞康醫(yī)院骨四肢二區(qū)實習(xí)的中醫(yī)骨傷科學(xué)專業(yè)本科生共56名作為研究對象。納入標(biāo)準(zhǔn)：①五年制本科中醫(yī)骨傷科學(xué)專業(yè)大五學(xué)生；②學(xué)業(yè)課程成績平均分為65分以上；專業(yè)課測試成績?yōu)?0～80分（按百分制計算）；③第一次進(jìn)入骨科臨床科室實習(xí)，實習(xí)期為2個月。采用隨機(jī)數(shù)表法隨機(jī)分為試驗組和對照組，每組各28人。試驗組男16例，女12例，年齡22～26（23.85±0.97）歲；對照組男15例，女13例，年齡23～25（23.75±0.70）歲。兩組學(xué)生的性別、年齡無明顯統(tǒng)計學(xué)差異（P＞0.05），具有可比性。

1.2研究方法兩組實習(xí)期間，為盡量減少不相關(guān)因素干預(yù)，選取一位獲得本專業(yè)碩士學(xué)位的主治醫(yī)師，在不同時間段對兩組學(xué)員進(jìn)行臨床帶教。兩組學(xué)生的理論課程由同一名副主任醫(yī)師進(jìn)行集中授課，并保證兩組學(xué)員共用教學(xué)環(huán)境（如教材、授課設(shè)備、教學(xué)大綱、學(xué)時等）。將收集到的經(jīng)中西醫(yī)方法治療的典型骨科臨床病例資料，共享給兩組實習(xí)者［5］。試驗組結(jié)合基本病例及影像學(xué)資料（X線、CT平掃+三維重建、MRI），利用Mimics10.1軟件建立3D模型，并選取部分模型請合作單位進(jìn)行3D打印。利用3D打印模型及其輔助軟件模擬創(chuàng)傷時力學(xué)傳導(dǎo)機(jī)制，由損傷機(jī)制推測癥狀體征；通過對骨折移位或關(guān)節(jié)錯位的情況進(jìn)行3D構(gòu)圖，明確中醫(yī)正骨手法復(fù)位方式，熟悉操作要領(lǐng)，同時對夾板固定等最佳固定方式進(jìn)行先期判斷；對需要手術(shù)干預(yù)的患者，通過模擬手術(shù)固定方式、動態(tài)調(diào)整內(nèi)固定位置等探究手術(shù)治療方案。在以上基礎(chǔ)上對疾病的定義、典型分型、輔助檢查特征、臨床癥狀、生理病理學(xué)等詳細(xì)講授，并對診斷及鑒別診斷、治療方法、最新科研動態(tài)等進(jìn)行綜述。對照組則采用以口述和操作演示為主的傳統(tǒng)帶教方式進(jìn)行臨床教學(xué)。

1.3效果評價與分析

1.3.1評價方法實習(xí)結(jié)束后，以自我評價和出科考核兩種形式對實習(xí)生進(jìn)行綜合測評。①自我評價：通過自我評分進(jìn)行實習(xí)效果評估，內(nèi)容包括專業(yè)興趣、學(xué)習(xí)能力、理解能力、語言能力和操作技能。每項內(nèi)容滿分均為10分，學(xué)生按照自己的實習(xí)表現(xiàn)自我評分。②出科考核：分為理論考試、臨床技能考核及病歷書寫三部分。三項均采用百分制，考核標(biāo)準(zhǔn)均按照全國高等中醫(yī)藥院校規(guī)劃教材《中醫(yī)骨傷科學(xué)》（第九版）考試大綱的要求制定，由兩位具有副高級職稱的臨床老師分別對所有學(xué)生進(jìn)行考核，最終成績?nèi)晌焕蠋熢u分的平均值。理論考試內(nèi)容包括本專業(yè)典型疾?。ㄈ鐦锕沁h(yuǎn)端骨折、股骨頸骨折）的定義、分型、病因病機(jī)、診斷治療及病例分析等。臨床技能主要考核學(xué)生在病史采集、體格檢查、換藥或拆線、清創(chuàng)縫合、常見正骨手法演示、外固定操作等方面的能力。病歷書寫主要評價學(xué)生的入院記錄、首次病程記錄及出院記錄的書寫情況［6-7］。

1.3.2統(tǒng)計學(xué)分析采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計量數(shù)據(jù)采用±s表示，組間比較采用兩獨(dú)立樣本t檢驗，P＜0.05視為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2　結(jié)果

試驗組學(xué)生的實習(xí)效果自評得分、出科考核（理論知識、操作技能、病歷分析與書寫）成績均高于對照組（如表1和表2所示），除專業(yè)興趣得分以外差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），可認(rèn)為試驗組學(xué)生的綜合實習(xí)效果優(yōu)于對照組。兩組實習(xí)生在專業(yè)興趣方面未有明顯統(tǒng)計學(xué)差異（P=0.16），這可能是調(diào)研對象的專業(yè)認(rèn)知教育程度、樣本數(shù)量、個體差異等多因素影響的結(jié)果。

表1　　兩組學(xué)生自評得分情況（n=28）（分，±s）

表1　　兩組學(xué)生自評得分情況（n=28）（分，±s）

項目　　試驗組　　對照組　t　P專業(yè)興趣　8.25±0.52　8.00±0.78　1.42　0.16學(xué)習(xí)能力　8.21±0.63　7.75±0.80　2.41　0.02理解能力　8.25±0.70　7.43±0.63　4.60　0.00語言能力　8.18±0.61　7.32±0.67　5.00　0.00操作技能　8.25±0.59　7.54±0.51　4.87　0.00

表2　　兩組學(xué)生出科考核成績　?。ǚ郑纒）

表2　　兩組學(xué)生出科考核成績　?。ǚ?，±s）

注：與對照組比較，P＜0.01

組別n試驗組 28對照組 28理論知識　　操作技能　　病歷分析與書寫90.89±1.97①　90.96±1.62①　91.39±1.29①87.68±2.39　87.61±1.45　88.71±1.15

3　討論

中醫(yī)骨傷學(xué)作為是一門研究人體骨組織的損傷和運(yùn)動系統(tǒng)疾病的預(yù)防、診斷、治療和康復(fù)的學(xué)科，其提出的“筋骨并重”“因人制宜”“整體論治”等理念一直是骨科臨床的指導(dǎo)原則?；颊叩墓趋澜Y(jié)構(gòu)因人而異，受傷情況各有不同，3D打印技術(shù)具備的整體制作、個性化模型設(shè)計兩大優(yōu)勢分別和中醫(yī)骨傷的“整體論治”“因人、因時制宜”理念高度契合。作為中醫(yī)骨傷最優(yōu)勢的內(nèi)容之一，手法正骨、理筋等治療方法經(jīng)大量臨床病例證實具有良好療效和獨(dú)特優(yōu)勢［8］，但卻缺乏必要的三維有限元數(shù)據(jù)支撐。近年3D打印技術(shù)在骨科領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，特別是在復(fù)雜骨折、關(guān)節(jié)置換等方面具有獨(dú)特優(yōu)勢［9］，但在中醫(yī)骨傷臨床、教學(xué)及科研方面應(yīng)用較少。

3D打印主要通過逆向工程原理（Principles Engineering，RE）和快速成型技術(shù)（rapid prototyping，RP）實現(xiàn)。在本研究中，首先提取患者64排螺旋CT平掃（最薄層可達(dá)0.64mm）數(shù)據(jù)資料，利用Mimics10.1軟件制作成CAD文檔，建立三維數(shù)字模型，然后導(dǎo)入3D打印機(jī)，制造出骨骼1∶1空間立體模型［10］。與傳統(tǒng)鑄造方法制作的模型相比，3D打印模型可以整體復(fù)制患者的骨骼情況。通過在不同治療階段中的多次建模，能夠動態(tài)觀察骨骼生長康復(fù)變化。而傳統(tǒng)鑄造方法只能復(fù)制當(dāng)前模板的靜態(tài)情況，亦無法實現(xiàn)復(fù)雜粉碎性骨折的整體化復(fù)制。與真實骨骼標(biāo)本對比，3D打印模型容易獲取，經(jīng)數(shù)字化處理可實現(xiàn)對病例的大量儲存。實習(xí)生接觸到的多是正常人體骨骼標(biāo)本，很少有機(jī)會觸及病變骨骼模型，通過3D打印模型，有助于實習(xí)生加深對骨科疾病的理解。在中醫(yī)骨傷手法治療中，實習(xí)生可以通過Mimics10.1軟件建立的空間虛擬模型，數(shù)字化再現(xiàn)患者的骨折或畸形［11］，模擬手法干預(yù)下骨骼組織的力學(xué)變化，并可根據(jù)力學(xué)模擬情況進(jìn)一步調(diào)整手法復(fù)位方式和操作要領(lǐng)，有利于對實習(xí)者的手法操作情況進(jìn)行反饋，促進(jìn)其手法的進(jìn)步與成熟，如腰椎后關(guān)節(jié)紊亂綜合征等手法復(fù)位具有優(yōu)勢的病例的治療。對在手法復(fù)位和簡單外固定后需要手術(shù)治療的復(fù)雜骨折，3D打印技術(shù)可供實習(xí)生討論手術(shù)方案、模擬手術(shù)過程、學(xué)習(xí)手術(shù)操作，縮短手術(shù)學(xué)習(xí)周期。臨床病例可長期大量保存、反復(fù)利用，避免了手術(shù)室現(xiàn)場教學(xué)的病例少、人員限制等缺陷［11-13］。3D打印及其輔助技術(shù)作為一種有效的中醫(yī)骨傷臨床教學(xué)方法，特別是在中醫(yī)正骨手法的教學(xué)方面，3D打印技術(shù)具有的力學(xué)模擬和虛擬模型構(gòu)造兩大優(yōu)勢，可對中醫(yī)骨傷手法治療中的力度調(diào)整、施治方式進(jìn)行指導(dǎo)，因而實習(xí)者學(xué)科考核取得了優(yōu)異成績，顯示具有良好的臨床教學(xué)推廣和應(yīng)用前景。3D打印技術(shù)的應(yīng)用將為中醫(yī)骨傷臨床教學(xué)的發(fā)展提供新的動力，必將成為中醫(yī)骨傷數(shù)字化教學(xué)研究的新方向。

將3D打印及其輔助技術(shù)應(yīng)用到中醫(yī)骨傷臨床教學(xué)中，既改變了以往枯燥低效的教學(xué)方法，又極大地調(diào)動了實習(xí)生的學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)造性，能夠使學(xué)習(xí)者主動發(fā)現(xiàn)解剖學(xué)、生物力學(xué)知識與臨床工作的聯(lián)系，更好掌握中醫(yī)骨傷臨床知識，提高中醫(yī)正骨手法等操作的技能。但仍然存在CT等原始數(shù)據(jù)資料獲取困難、技術(shù)難度要求較高等不足。在逆向工程技術(shù)方面，未來若能設(shè)計出一種無需數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和模型修正、操作簡單的多功能3D打印輔助軟件，能夠使手法正骨、手術(shù)干預(yù)等治療效果通過虛擬化模型的動態(tài)變化在顯示屏實時直觀顯現(xiàn)，改變現(xiàn)在軟件操作難度大、需要后期整理修正等不足。在快速成型技術(shù)方面，隨著材料科學(xué)和組織工程學(xué)的發(fā)展，在3D打印領(lǐng)域引入干細(xì)胞、可再生生物材料等打印設(shè)備和建模技術(shù)與傳統(tǒng)骨傷治療技術(shù)相結(jié)合，將極大促進(jìn)3D打印技術(shù)在中醫(yī)骨傷科學(xué)數(shù)字化建設(shè)、國內(nèi)外推廣、人才培養(yǎng)等各領(lǐng)域的發(fā)展。

［1］Dhir V，Itoi T，F(xiàn)ockens P，et al.Novel ex vivo model for hands-on teaching of and training in EUS-guided biliary drainage：creation of“Mumbai EUS”stereolitho-graphy/3D printing bile duct prototype（with videos）［J］.Gastrointest Endosc，2015，81（2）：440-446.

［2］張云峰，楊棟.3D打印骨科模型臨床應(yīng)用的初步探索［J］.中國臨床研究，2014，27（10）：1260-1261.

［3］郭鵬年，董樂樂，左強(qiáng)，等.3D打印技術(shù)在創(chuàng)傷骨科中的臨床應(yīng)用［J］.中國數(shù)字醫(yī)學(xué)，2015，10（6）：45-46.

［4］劉欣偉，于海龍，韓天宇，等.3D打印技術(shù)在脛骨畸形矯形手術(shù)中的應(yīng)用［J］.解放軍醫(yī)藥雜志，2015，27（11）：26-27.

［5］孔金海，鐘南哲，王君成，等.3D打印模型在臨床八年制情景教學(xué)中的應(yīng)用［J］.基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育，2015，17（10）：924-926.

［6］李鋒濤，王棟，程劍，等.3D打印結(jié)合PACS系統(tǒng)在骨科PBL臨床教學(xué)模式中的應(yīng)用［J］.中國醫(yī)學(xué)教育技術(shù)，2015，29（3）：287-290.

［7］李曙明，李萌，楊益民，等.3D打印及計算機(jī)輔助技術(shù)在骨科臨床教學(xué)中的應(yīng)用探討——以復(fù)雜脊柱畸形治療為例［J］.中國醫(yī)學(xué)教育技術(shù)，2015，29（2）：191-193.

［8］葉楓，陳福林.“揉筋骨同治、尤重治筋”法治療膝骨關(guān)節(jié)炎40例臨床觀察［J］.北京中醫(yī)藥，2013，32（8）：595-597.

［9］仰東萍，蔡宏.中國首個3D打印人體植入物獲CFDA注冊批準(zhǔn)［J］.北京大學(xué)學(xué)報：醫(yī)學(xué)版，2015，47（5）：845.

［10］胡堃，李路海，余均武，等.3D打印技術(shù)在骨科個性化治療中的應(yīng)用［J］.高分子通報，2015（9）：61-70.

［11］韓國嵩，馬廣文，黃斐，等.3D打印技術(shù)在骨科中的研究進(jìn)展［J］.安徽醫(yī)藥，2015，19（12）：2259-2260.

［12］吳章林.3D打印結(jié)合數(shù)字化設(shè)計在髖臼骨折中的應(yīng)用研究［D］.廣州：南方醫(yī)科大學(xué)，2015.

［13］鮑立杰，張志平，吳培斌.3D打印技術(shù)在骨科的研究及應(yīng)用進(jìn)展［J］.中國矯形外科雜志，2015，23（4）：325-326.

（編輯湯敏華）

R274；G642.0

A

2095-4441（2016）02-0120-03

2016-05-10

廣西自然科學(xué)基金（編號：2013GXNSFAA019142）

田林（1989-），男，河南周口人，在讀碩士研究生，研究方向：骨關(guān)節(jié)炎的基礎(chǔ)與臨床研究

周紅海，教授，主任醫(yī)師，E-mail：727958064@qq.com