宋 光,任衛(wèi)東

中國醫(yī)科大學附屬盛京醫(yī)院超聲科,沈陽 110004

心臟超聲診斷學是超聲醫(yī)學教育的重點和難點。在既往教學反饋中,學生通常認為心臟超聲基礎(chǔ)知識抽象、不易理解,掌握起來比較困難。如何讓本科生在有限的學時內(nèi)了解和掌握心臟超聲的基礎(chǔ)知識,成為每個超聲教育工作者的教學難題。3D打印技術(shù)是一種20世紀90年代中期發(fā)展起來的,以數(shù)字成像模型文件為基礎(chǔ),運用塑料等可粘合新型材料,通過逐層打印方式來構(gòu)造物體的新興技術(shù)[1]。

目前,醫(yī)學教育已經(jīng)從傳統(tǒng)的框架式知識結(jié)構(gòu)記憶模式發(fā)展到了以問題為基礎(chǔ)的教學模式,更加強調(diào)個體化和以患者為中心的教學模式[2]。盡管我國的患者源豐富,病種齊全,但是尸體捐獻率低,加之心臟教具工藝粗糙,超聲醫(yī)學教育更多的還是基于教師的口頭陳述,輔以多媒體圖像,教學內(nèi)容較為局限。3D打印技術(shù)在解剖學方面有很好的展現(xiàn)潛力,被認為可以彌補解剖標本缺乏,有助于本科生更直觀地了解正常和異常的心臟形態(tài)[3-4]。

1 材料與方法

1.1 研究對象

選取2016年4月開始接受心臟超聲課程的中國醫(yī)科大學影像班本科生60名作為研究對象。所有的研究對象在此之前學習過“人體形態(tài)學”。所有研究對象均簽署知情同意書。研究對象的納入標準:①專業(yè)均為五年制影像專業(yè),無轉(zhuǎn)專業(yè)和專業(yè)調(diào)劑、七年制降級等經(jīng)歷;②之前從沒有接受過任何超聲醫(yī)學專業(yè)知識講授,亦未在任何超聲科診室進行過臨床實習。研究對象的排除標準:①“人體形態(tài)學”成績不及格者;②常有曠課記錄,不能保證完成該研究的學生。

1.2 研究方法

該次教學研究采用隨機對照設(shè)計[5-6]:使用計算機將這60名學生隨機分為兩組,每組各30名學生。試驗組30名學生,采用3D打印心臟模型的方法配合多媒體教學;對照組采用傳統(tǒng)教具配合多媒體教學。兩組為同一教師進行授課,具有豐富的臨床和教學經(jīng)驗。教學研究后對兩組學生采用相同的測驗,包括心臟超聲基礎(chǔ)知識和典型圖像的解讀,以評價兩組間教學效果的差異。所有學生均需完成學習滿意度調(diào)查,以評價兩組間學生教學滿意度的差異。

1.3 教學方法

1.3.1 試驗組①3D心臟教具的制備:采用GE Vivid E9彩色多普勒超聲成像儀,使用M5S探頭(頻率1.5～4.5 MHz),記錄典型的正常人和先天性心臟病患者的三維超聲心動圖圖像,囑受試者常規(guī)向左臥位,同步記錄心電圖。待其穩(wěn)定呼吸時,于心尖部四腔心切面和心尖兩腔心切面記錄二維灰階動態(tài)圖像,存儲連續(xù)3個心動周期于機器硬盤內(nèi),導入GE EchoPac工作站后獲取3D容積圖像,將其以DICOM格式導出。再使用MatLab2012b讀取DICOM文件,獲取斷層圖像信息。最后使用Mimics 17.0進行后處理,處理后的圖像以標準鑲嵌語言(standard tessellation language,STL)數(shù)據(jù)格式進行保存[7]。對STL文件按照1:1的比例,以聚乳酸(polylactic acid,PLA)為原料進行3D打印。②授課時首先講授心臟超聲基礎(chǔ)知識,包括解剖學知識(使用3D打印出來的教具)、生理學以及聲學知識,其次講授正常心臟超聲圖像特點,最后講授異常(先天性或后天性)心臟病的超聲心動圖特點(輔以3D打印出來的教具)。

1.3.2 對照組授課內(nèi)容和試驗組基本一致,唯一不同之處為使用傳統(tǒng)教具代替3D打印出來的教具。

1.4 教學效果的評估

講授課程結(jié)束后,采用測驗和問卷回訪的方式評估教學效果。測驗包括心臟超聲基礎(chǔ)知識和典型圖像的解讀兩部分內(nèi)容,各自滿分為50分。心臟超聲基礎(chǔ)知識的測驗范圍包括心臟的解剖學知識、生理學知識、超聲的聲學基礎(chǔ)知識、心臟超聲的檢查手法、適應(yīng)證和禁忌證等。典型圖像的解讀包括正常人體超聲心動圖各個切面,先天性心臟病(房間隔缺損、室間隔缺損以及動脈導管未閉)和后天性心臟病(風濕性心臟病和退行性心臟病)的典型切面的識別和描述。

該研究學生學習滿意度調(diào)查參考既往研究的調(diào)查問卷[8],包括教學資源滿意度、教學過程滿意度、教學效果滿意度以及總體滿意度4個部分,每部分5個問題,滿分25分,共計滿分100分。問卷采用李克特量表(5級)計分[9],“5”分表示“非常滿意”“4”分表示“比較滿意”“3”分表示“一般”“2”分表示“不滿意”“1”分表示“很不滿意”。

1.5 統(tǒng)計分析

利用SPSS 17.0軟件對數(shù)據(jù)進行分析,使用Graphpad 6.0軟件繪制統(tǒng)計圖。計量資料采用(±s)表示,組間比較采用t檢驗。計數(shù)資料采用頻數(shù)(%)表示,組間比較采用卡方檢驗,以P＜0.05為差異具有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組學生一般情況的比較

兩組學生在年齡、性別組成以及入學來平均成績(包括“人體形態(tài)學”成績)等相關(guān)指標上差異無統(tǒng)計學意義(P＞0.05)。兩組在男女比例、年齡和入學來平均成績等指標上,差異均無統(tǒng)計學意義(P＞0.05)(如表1所示)。

2.2 兩組學生測驗成績

表1 兩組學生一般情況的比較

所有學生均成功完成測驗。實驗組學生測驗成績?yōu)?83.53±6.13),高于對照組的測驗成績(78.47±6.86),二者的差異具有統(tǒng)計學意義(P＝0.004)。

2.3 兩組學生學習滿意度調(diào)查結(jié)果

發(fā)放60份問卷,全部完整回收。實驗組學生學習滿意度為(88.37±6.31),高于對照組(82.40±10.41),二者的差異具有統(tǒng)計學意義(P＝0.009)。

3 討論

該教學研究將3D打印技術(shù)和超聲心動圖成像緊密結(jié)合起來,成功地融入到了日常的超聲醫(yī)學教學工作中去。超聲醫(yī)學教學之所以不同于其他學科,因為其教學手段往往需要依靠大量的生理、病理標本和圖像,才能讓學生切實感受到人體真正的病理生理變化,才能達到了解—熟知—掌握的學習境界。但隨著社會的發(fā)展,火葬業(yè)的普及,標本的獲取越來越難。雖然現(xiàn)在有許多輔助教學標本模型,但其在真實度、器官結(jié)構(gòu)還與真實標本有很大差距;設(shè)計輔助教學標本的人員也往往不是臨床一線醫(yī)師[10],對于一些臨床重要的標志結(jié)構(gòu)也常缺失,不能完全滿足現(xiàn)有教學要求。

3D打印技術(shù)使試驗組學生的成績提高,學生學習滿意度提高。同時,我們發(fā)現(xiàn)學習滿意度的提高大多數(shù)來源于學習成績的提高,其余推測可能來源于3D打印技術(shù)所激發(fā)的學習興致,與之前研究的結(jié)果相類似[11]。學生接受3D打印模型教學后,獲得了學習的自信,同時成績的提高也使他們獲得了難得的成就感。每個學生對教學的滿意都構(gòu)成了教師教學的成就感的一部分,形成一種良性的循環(huán)。

在醫(yī)學生的學習中,3D打印技術(shù)具有獨特的優(yōu)勢:①制作3D打印教學模具類型多樣,可以直接顯示教具的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(如:心臟模型可以直接觀察心臟表面的血管結(jié)構(gòu));②3D打印教學模具可以以數(shù)字的形式存儲,安全、低成本,且PLA材料較一般教學的塑料材質(zhì)更環(huán)保;③3D打印技術(shù)可以承接PBL教學經(jīng)驗,結(jié)合PBL的影像數(shù)據(jù),將抽象數(shù)據(jù)變成直觀、形象的實體教學模具,豐富教學手段,增強教學的針對性和趣味性[12],同傳統(tǒng)多媒體授課相比,3D打印模具三維立體感更強,可激發(fā)學生的學習興致,夯實解剖學知識,提高學習效率;④3D打印模具的三維數(shù)據(jù)來源豐富,可同時結(jié)合PACS影像數(shù)據(jù)庫,極大地擴充了教具的種類,可提高學生對異常超聲圖像的識別能力。

綜上所述,該隨機對照試驗發(fā)現(xiàn):將3D打印技術(shù)應(yīng)用到超聲醫(yī)學教學中,有利于提高學生對超聲圖像的識別能力,提高學習成績和學習滿意度。所以,3D打印技術(shù)在超聲醫(yī)學教學中的應(yīng)用前景廣闊。