郭繼東 趙彥濤 陳巧靈 李利

脊柱畸形是脊柱外科教學中比較難以理解、難以教學的一部分內容。很多專業(yè)領域研究生都反映這部分內容不容易掌握記憶。在以往的傳統(tǒng)教學中，多以課本知識講解為主，X 線、CT 等二維圖像解讀為輔，學生很難在短時間內掌握相關知識，即使死記硬背后很快就會遺忘。近年來隨著 3D 打印技術的逐漸成熟，因其具有良好的直觀性，可操作性，該技術在基礎解剖[1]、手術模擬[2]、兒童腦部MRI 學習[3]、兒童先天性心臟病[4]等醫(yī)學領域的教學中被廣泛應用。筆者嘗試將 3D 打印教學模型應用到脊柱畸形的教學實踐中，顯著提高了教學效果，現(xiàn)報告如下。

資料與方法

一、研究對象

選取 2018 級解放軍醫(yī)學院外科學研究生作為研究對象，排除既往有明確相關基礎的學生。共入組研究對象 52 名，其中男 43 名，女 9 名。平均年齡( 24.3±3.7 ) 歲。按照抽取電腦生成隨機數(shù)的方法隨機將研究對象分成傳統(tǒng)教學組和 3D 打印教學組，每組 26 名學生，所有學生對本研究均已知情同意。入組對象一般資料見表 1，統(tǒng)計結果顯示兩組間差異無統(tǒng)計學意義。

二、教學方法

兩組學生均按照教學大綱和解放軍醫(yī)學院教材進行脊柱畸形教學培訓，學制為小班課，共 2 學時。帶教老師均為脊柱外科高級職稱的資深教員。傳統(tǒng)教學組：傳統(tǒng)教學組主講老師主要通過幻燈片放映，根據(jù)教學大綱，對學生逐一進行知識點的提問、鞏固。輔助教具主要包括紙質版教材及相關參考書籍。3D 打印教學組：在傳統(tǒng)教學教具的基礎上，根據(jù)幻燈片講述病例制作 3D 模型 ( 我科實驗室使用廣州華鈦三維材料制造有限公司生產的打印機自行打印 )。打印材料使用價格相對較低的 PLA 材料，無特殊氣味，成型后為乳白色 3D 脊柱結構，觸之略軟于真實椎體，打印的教具完全重建了脊柱的三維畸形，和人體脊柱接近 1∶1 比例 ( 圖 1 )。讓學生使用 3D 打印模型可以進行直觀的學習以加深記憶。

三、教學效果評價

課程結束 1 周和 1 年后分別由相關專業(yè) 3 名專家共同出題進行專項知識考核，考核內容主要包括四個方面，分別是脊柱畸形的基本概念，常見不同類型脊柱畸形，特發(fā)性脊柱畸形的分類，常用的手術方式選擇和適應證，總分 100 分。

四、統(tǒng)計學處理

使用 SPSS 16.0 軟件進行統(tǒng)計學分析，計量資料以±s表示，采用t檢驗，計數(shù)資料采用χ2檢驗，P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學意義。

結 果

專項考核結果顯示 3D 打印教學組課程結束后成績平均分高于傳統(tǒng)教學組，但兩組相比差異無統(tǒng)計學意義 (P＞0.05 )。但 1 年后再次進行測試時兩組實驗對象考試成績 3D 打印教學組要明顯高于傳統(tǒng)教學組，兩者差異有統(tǒng)計學意義 (P＜0.05 )。兩組實驗對象成績差異主要集中在基本概念和手術方式選擇兩個方面。具體結果詳見表 2。

表 1 入組對象一般資料Tab.1 General information of 2 groups

圖 1 a：嚴重脊柱畸形的 X 線表現(xiàn)；b：3D 打印教具Fig.1 a: X-ray image of severe spine deformity; b: 3D printing model

表 2 3D 打印教學組和傳統(tǒng)教學組考核成績比較 (±s)Tab.2 Comparison of scores between 3D printing group and traditional teaching group (±s)

表 2 3D 打印教學組和傳統(tǒng)教學組考核成績比較 (±s)Tab.2 Comparison of scores between 3D printing group and traditional teaching group (±s)

分組 結課時考試成績 ( n＝26 ) 1 年后考試成績 ( n＝26 )傳統(tǒng)教學組 75.1±8.0 61±10.8 3D 打印教學組 78.3±7.7 70±8.9 t 值 0.921 2.369 P 值 ＞0.05 ＜0.05

討 論

隨著現(xiàn)代醫(yī)學的發(fā)展，醫(yī)學的亞?？苿澐值脑絹碓郊殻性絹碓蕉嗟膶？浦R需要醫(yī)學研究生學習和掌握。骨科教學以往多停留在二維影像的學習中，沒有三維立體結構的展示，學生很難在短時間內掌握復雜的解剖結構，對于和形態(tài)密切相關的脊柱畸形的教學更是如此。這部分內容“教師很難講透、學生很難吃透”，而且很多學生反映當時勉強形成了瞬時記憶，但是很快就完全遺忘或者混淆，難以形成深刻的印象和長期的記憶。

1986 年美國科學家 Chuck Hull 開發(fā)了第一臺商業(yè) 3D 印刷機[5]。此后隨著該項技術的不斷發(fā)展，成本逐漸降低，已經大量應用于日常生活的方方面面。醫(yī)學領域 3D 技術已經廣泛應用于腫瘤切除、創(chuàng)傷修復、心臟瓣膜置換等多個領域[6-7]。目前，已有報道將 3D 打印技術應用到神經外科、口腔科、心外科等學科的教學中[8]，并獲得了滿意的效果。

脊柱畸形是脊柱外科研究領域的明珠，也是授課的難點。此類疾病的診斷和治療更多依靠影像學上的幾何形態(tài)，對學生的空間理解能力要求極高，不容易完全理解和掌握[9]。由于畸形屬于三維結構，通過二維的影像學資料難以讓學生對該病有透徹的理解。本研究中將教材中的病例利用 3D 技術打印成模型，在課堂上每名學生都可以直觀的觸摸感受三維結構的典型病例，有利于加深理解和記憶。本研究的結果也證實使用 3D 打印教學組的成績優(yōu)于傳統(tǒng)教學組。

從知識獲取的角度來說，我們對外界信息的存儲記憶分為形象記憶和抽象記憶。形象記憶是以事物的具體形象為主的記憶類型；抽象記憶是以文字、概念、邏輯關系為主要對象的抽象化的記憶類型。形象記憶直觀易記，相對不容易遺忘。但是很多書本知識都是間接知識，屬于抽象內容，不利于記憶。傳統(tǒng)的教科書即使有很多影像學資料幫助理解和記憶，但是由于書本或屏幕上只能是平面圖，難以講授并讓學生在大腦中形成三維構型。因此在需要有三維空間概念的脊柱畸形的教學中，引入的3D 打印教具，無需學生頭腦中二維到三維的轉換，直接面對的就是直觀的講述內容，從而形成更加直接的形象記憶。這可能是 3D 打印教學效果優(yōu)于傳統(tǒng)教學方式的原因之一。

短時記憶的實質是大腦的即時生理生化反應的重復，而中長期的記憶則是大腦細胞內發(fā)生了結構改變，建立了固定聯(lián)系[10]。有意思的是在結課 1 年后再次對學生進行測試時發(fā)現(xiàn) 3D 打印教學組的成績要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)教學組 (P＜0.05 )。說明 3D 打印教學更有利于形成較好的長時記憶，原因可能在于更直觀的知識接受更有利于大腦形成長時記憶。學習的知識能夠成為長時記憶對學生以后開展臨床奠定了堅實的基礎。

當然，考慮到實驗設計、分組和樣本量等的局限性，本研究存在一定的不足。但是應該能夠認為將 3D 打印技術引入骨科教學培訓中，特別是應用于對形象記憶要求比較高的諸如脊柱畸形的教學中，能夠收到更理想的教學效果，具有良好的推廣應用前景。