王建衛(wèi) 李冰浩

3D 打印技術(shù)出現(xiàn)于20 世紀(jì)80 年代，其主要原理是通過“分層打印、逐層疊加”的原理，通過二維影像構(gòu)建三維實(shí)體產(chǎn)品。3D 打印技術(shù)問世以來，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、航天、軍工、工業(yè)設(shè)計(jì)等行業(yè)。近年來，3D 打印技術(shù)在骨科中的應(yīng)用廣受關(guān)注，被多項(xiàng)研究[1-5]證明其在骨科疾病診斷、手術(shù)規(guī)劃、術(shù)中導(dǎo)航模板、內(nèi)置物定制中具有積極作用，但其在創(chuàng)傷骨科臨床病例教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)踐和效果評(píng)價(jià)尚不多見。本研究擬以浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院骨科創(chuàng)傷專業(yè)組進(jìn)行臨床學(xué)習(xí)的醫(yī)生或醫(yī)學(xué)生為研究對(duì)象，探索3D 打印技術(shù)在創(chuàng)傷骨科臨床病例教學(xué)中的應(yīng)用效果和積極意義。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2019 年9 月—2021 年9 月在浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院骨科創(chuàng)傷專業(yè)組進(jìn)行臨床學(xué)習(xí)的骨科學(xué)碩士研究生、博士研究生及輪轉(zhuǎn)的骨科學(xué)規(guī)范化培訓(xùn)住院醫(yī)師118 名，均為男性，年齡22～33 歲，平均（27.13±3.57）歲。其中碩士研究生43 名，博士研究生19 名，規(guī)培住院醫(yī)生56 名。納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）研究對(duì)象在骨科臨床學(xué)習(xí)或輪轉(zhuǎn)的時(shí)間均不少于3 個(gè)自然月。（2）知情同意參加該項(xiàng)研究。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）近期參加骨科其他關(guān)于3D 打印臨床病例教學(xué)的研究項(xiàng)目者。

1.2 方法

在研究對(duì)象臨床學(xué)習(xí)或輪轉(zhuǎn)期間，由同1 名骨科帶教老師在2 個(gè)自然月內(nèi)連續(xù)開展2 次骨科創(chuàng)傷病例教學(xué)課程（非重復(fù)病例）。為確保研究對(duì)象的學(xué)習(xí)公平性，兩次課程選取相似難度的復(fù)雜骨折病例進(jìn)行教學(xué)。前一次課程采用傳統(tǒng)病例教學(xué)課程，帶領(lǐng)學(xué)員了解患者病例資料、查體、查看輔助檢查結(jié)果，并進(jìn)行術(shù)前討論。后一次課程在傳統(tǒng)模式的基礎(chǔ)上，引入3D 打印技術(shù)，根據(jù)病例創(chuàng)傷部位的薄層CT 掃描數(shù)據(jù)利用Elite CtrlSys 軟件建立3D 模型，使用3D 打印機(jī)（激光燒結(jié)3D 打印機(jī)S260，上海盈普三維打?。┐蛴≈谱鲗?shí)體模型。學(xué)員可通過打印的實(shí)體模型及其輔助軟件模擬創(chuàng)傷類型、理解骨折損傷機(jī)制，利用模型制定手術(shù)方案、模擬手術(shù)固定方式并動(dòng)態(tài)調(diào)整內(nèi)固定位置。

1.3 觀察指標(biāo)

兩次病例教學(xué)課程后均進(jìn)行隨堂測(cè)試，3D 打印病例教學(xué)課程結(jié)束后發(fā)放調(diào)查問卷。

病例教學(xué)課程隨堂測(cè)試內(nèi)容包括患者的受傷機(jī)制、骨折類型與國(guó)際分型、骨折斷端與血管神經(jīng)的位置關(guān)系、手術(shù)切口設(shè)計(jì)與入路選擇、固定方式的選擇和內(nèi)固定位置等5 個(gè)模塊。測(cè)試為單模塊百分制，通過測(cè)試分?jǐn)?shù)比較同一研究對(duì)象在完成傳統(tǒng)病例教學(xué)和3D 打印病例教學(xué)課程后對(duì)病例骨折創(chuàng)傷的掌握程度。

調(diào)查問卷內(nèi)容包括基本信息和對(duì)3D 打印病例教學(xué)課程在理解病例骨折情況、輔助病例手術(shù)方案設(shè)計(jì)、骨科手術(shù)理解程度、病例教學(xué)學(xué)習(xí)興趣、骨科臨床工作興趣和骨科理論知識(shí)水平等方面的效果評(píng)價(jià)。效果評(píng)價(jià)采用四分法，分為非常同意、比較同意、說不清、不同意。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

本研究采用Epidata 3.1 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入，采用SPSS 21.0 統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。計(jì)數(shù)資料以n（%）表示，行χ2檢驗(yàn)，計(jì)量資料以（）表示，行t檢驗(yàn)，P＜0.05則差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 骨科病例教學(xué)隨堂測(cè)試結(jié)果比較

研究對(duì)象在參加傳統(tǒng)病例教學(xué)課程和3D 打印病例教學(xué)課程后分別接受隨堂測(cè)試。結(jié)果表明，研究對(duì)象在“骨折類型與國(guó)際分型”“手術(shù)切口設(shè)計(jì)與入路選擇”“固定方式的選擇和內(nèi)固定位置”三個(gè)模塊的測(cè)試結(jié)果存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，3D 打印病例教學(xué)課程的測(cè)試平均分?jǐn)?shù)均高于傳統(tǒng)病例教學(xué)課程，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），而研究對(duì)象在“受傷機(jī)制”“骨折斷端與血管、神經(jīng)的關(guān)系”模塊的測(cè)試結(jié)果差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=1.37，P=0.173），見表1。

表1 骨科病例教學(xué)隨堂測(cè)試結(jié)果（分，）

表1 骨科病例教學(xué)隨堂測(cè)試結(jié)果（分，）

2.2 3D 打印病例教學(xué)效果評(píng)價(jià)

研究對(duì)象對(duì)3D 打印病例教學(xué)進(jìn)行效果評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，分別有97.46%（115/118）、94.92%（112/118）、98.31%（116/118）、92.37%（109/118）和94.07%（111/118）的研究對(duì)象認(rèn)為3D 打印病例教學(xué)有助于輔助理解病例骨折情況、有助于輔助病例手術(shù)方案設(shè)計(jì)、有助于提高骨科手術(shù)理解程度、有助于提高病例教學(xué)學(xué)習(xí)興趣及有助于提高骨科臨床工作興趣。但僅有45.76%的研究對(duì)象認(rèn)為3D打印病例教學(xué)有助于提高骨科理論知識(shí)水平。

3 討論

3D 打印技術(shù)是源于20 世紀(jì)80 年代的一類新興技術(shù)，其原理主要由“分層制造”和“逐層疊加”構(gòu)成，通過3D 打印機(jī)分層打印，在精確地進(jìn)行逐層疊加，最終形成具有三維結(jié)構(gòu)的物品，即3D 打印模型。3D 打印技術(shù)問世后，人們逐漸意識(shí)到其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、特別是骨科手術(shù)中的重要意義[6]。隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們?cè)絹碓疥P(guān)注醫(yī)學(xué)治療的個(gè)體化、精確化，3D 打印技術(shù)為骨科手術(shù)的個(gè)體化和精確化提供了可能[6-7]。在手術(shù)前，3D打印模型能協(xié)助醫(yī)生更直觀地認(rèn)識(shí)病情、更合理地畸形術(shù)前規(guī)劃、模擬術(shù)中操作；在手術(shù)中，導(dǎo)航模板的應(yīng)用能協(xié)助醫(yī)生精準(zhǔn)復(fù)位骨折部位，確定骨折畸形愈合矯形截骨的大小、角度并確定釘?shù)赖奈恢?；?duì)于有植入假體需求的患者，3D 打印技術(shù)支持定制個(gè)體化假體，理論上個(gè)體化內(nèi)置物可完全擬合患處的解剖結(jié)構(gòu)，達(dá)到良好的穩(wěn)定性，促進(jìn)骨長(zhǎng)入，延長(zhǎng)假體的壽命，同時(shí)可減少附近骨性結(jié)構(gòu)的破壞；此外，3D 打印技術(shù)嘗試將生物細(xì)胞與組織支架聯(lián)合打印，實(shí)現(xiàn)個(gè)體化組織器官的制造，3D打印生物組織器官成為可能，為骨科手術(shù)未來發(fā)展提供了更多的可能性[8-9]。

表2 3D 打印病例教學(xué)效果評(píng)價(jià)

隨著3D 打印技術(shù)在骨科手術(shù)中的廣泛應(yīng)用，逐漸有學(xué)者注意到了其在骨科教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)，并試驗(yàn)性地應(yīng)用到骨科專業(yè)醫(yī)師或者實(shí)習(xí)醫(yī)學(xué)生的培訓(xùn)中來[10]。既往研究中，部分學(xué)者將3D 打印技術(shù)應(yīng)用到骨科影像[11]、骨腫瘤[12]、膝關(guān)節(jié)置換[13]、脊柱畸形[14]等臨床教學(xué)中，但在復(fù)雜骨折等創(chuàng)傷骨科的臨床教學(xué)中尚不多見。本研究即以創(chuàng)傷骨科復(fù)雜骨折為病例藍(lán)本，研究3D 打印技術(shù)在骨科臨床教學(xué)中是否有積極影響。此外，既往研究[15-17]基本采用病例對(duì)照研究方法，將醫(yī)生或醫(yī)學(xué)生隨機(jī)分為實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組，兩組采用不同的教學(xué)模式；為確保研究對(duì)象臨床教學(xué)課程的公平性，本研究創(chuàng)新性地采用了同一研究對(duì)象接受兩種不同教學(xué)課程，評(píng)價(jià)教學(xué)效果，具有一定的新穎性和獨(dú)創(chuàng)性。

本研究表明，在引入3D 打印技術(shù)后，研究對(duì)象在臨床教學(xué)隨堂測(cè)試中對(duì)“骨折類型與國(guó)際分型”模塊的掌握度有顯著提升。這可能與3D 打印技術(shù)能夠直接制造出相應(yīng)的骨折模型，極大豐富了學(xué)員通過二維圖像獲取的骨折信息，使得學(xué)員能夠直觀感受骨折特性、理解骨折局部形態(tài)和位置關(guān)系、從整體上把握骨折范圍和空間形態(tài)，同時(shí)顯著降低了骨折分類在觀察者間變異性的程度[3]，有助于學(xué)員對(duì)骨折類型作出正確判斷有關(guān)。李明等[18]在西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬紅會(huì)醫(yī)院對(duì)6 名青年創(chuàng)傷骨科醫(yī)生進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，3D 打印技術(shù)在髖臼骨折分型及年輕醫(yī)生培養(yǎng)中具有積極意義，應(yīng)用3D 打印實(shí)體模型較傳統(tǒng)影像學(xué)資料能夠有效提高醫(yī)生對(duì)髖臼骨折分型的可靠性，該影響在年輕醫(yī)生中尤為顯著。李明等[18]的研究結(jié)果與本研究類似，證明3D 打印教學(xué)方法在一定程度上能夠提高醫(yī)生尤其是年輕醫(yī)生對(duì)于骨折類型和國(guó)際分型的理解程度。除客觀測(cè)試外，在本次研究對(duì)象的教學(xué)效果評(píng)價(jià)中，97.46%的學(xué)員認(rèn)為3D 打印病例教學(xué)有助于輔助理解病例骨折情況，也進(jìn)一步佐證了這一研究結(jié)果。

同時(shí)，引入3D 打印技術(shù)教學(xué)后，研究對(duì)象對(duì)“骨折斷端與血管神經(jīng)的位置關(guān)系”模塊的掌握度也有顯著提升。在傳統(tǒng)骨科臨床教學(xué)實(shí)踐中，初學(xué)者在術(shù)前對(duì)骨折斷端與血管神經(jīng)的位置關(guān)系的理解一直是教學(xué)難點(diǎn)[19]。學(xué)員根據(jù)傳統(tǒng)影像學(xué)資料難以準(zhǔn)確判斷血管神經(jīng)的相對(duì)位置、形成空間想象，教學(xué)效果長(zhǎng)期難以突破。3D 打印技術(shù)的引入有效地解決了這一難題，顯著提升了該模塊的教學(xué)效果。高鵬等[20]在北京協(xié)和醫(yī)院對(duì)42 名在骨科進(jìn)行規(guī)范化培訓(xùn)的外科住院醫(yī)師及實(shí)習(xí)醫(yī)師進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，接受了3D 打印技術(shù)級(jí)VR 技術(shù)教學(xué)的研究對(duì)象在客觀評(píng)估的“神經(jīng)血管標(biāo)識(shí)”模塊得分遠(yuǎn)高于對(duì)照組，表明3D 打印技術(shù)在重度下肢畸形矯正臨床教學(xué)中有積極意義，對(duì)本研究的研究結(jié)果也有一定的參考價(jià)值。但李明等[18]在研究中也發(fā)現(xiàn)，目前的3D 打印模型無軟組織附著，無法真實(shí)再現(xiàn)肌肉、血管和神經(jīng)的走形和分布，尚有不小的完善發(fā)展空間，也對(duì)3D 打印技術(shù)在骨科臨床教學(xué)中的應(yīng)用提出了更高的要求。

在本次研究中，“手術(shù)切口設(shè)計(jì)與入路選擇”和“固定方式的選擇和內(nèi)固定放置的部位”作為兩項(xiàng)判斷骨科醫(yī)生臨床能力的重要依據(jù)，也被納入了隨堂測(cè)試中。研究結(jié)果表明，在引入3D 打印技術(shù)教學(xué)后，學(xué)員對(duì)于上述兩個(gè)模塊的掌握程度也有顯著提升。在實(shí)際教學(xué)中，學(xué)員可利用3D 打印模型了解各方向的骨折粉碎情況，直觀觀察骨折線走行，更能準(zhǔn)確選擇單一切口或者多切口手術(shù)復(fù)位入路[21]。此外，在明確骨折碎塊分布后，帶教醫(yī)生和學(xué)員都可在模型上反復(fù)進(jìn)行操作，選擇內(nèi)固定材料并模擬各個(gè)手術(shù)固定材料植入后的復(fù)位固定情況，學(xué)員對(duì)固定方式選擇和放置位置有全面的了解。在3D打印病例教學(xué)的效果評(píng)價(jià)中，分別有94.92%和98.31%的學(xué)員認(rèn)為3D 打印技術(shù)有助于輔助病例手術(shù)方案設(shè)計(jì)和提高骨科手術(shù)理解程度，該結(jié)論也進(jìn)一步證明了教學(xué)的有效性。毛炳焱等[22]在對(duì)長(zhǎng)沙醫(yī)學(xué)院附屬石門醫(yī)院骨科的實(shí)習(xí)醫(yī)學(xué)生進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用3D 建模打印技術(shù)構(gòu)建骨折模型結(jié)合PPT 講授，能明顯提高實(shí)習(xí)醫(yī)學(xué)生對(duì)創(chuàng)傷骨折病例的手術(shù)入路選擇和內(nèi)固定選擇方式的理解和掌握，效果良好，該結(jié)果與本研究結(jié)果一致。此外，毛炳焱等[22]在研究中還發(fā)現(xiàn)，3D 打印技術(shù)建立的骨骼模型使得創(chuàng)傷骨科教學(xué)工作更具可操作性，可有效加強(qiáng)教師與學(xué)員的互動(dòng)、增加學(xué)員實(shí)習(xí)動(dòng)手能力，從而激發(fā)學(xué)員對(duì)創(chuàng)傷骨科知識(shí)的學(xué)習(xí)熱情。而在本研究中，研究對(duì)象在3D 打印教學(xué)評(píng)價(jià)時(shí)，均有超過的九成的學(xué)員認(rèn)為3D 打印技術(shù)的引入有助于提高病例教學(xué)學(xué)習(xí)興趣和骨科臨床工作興趣，這一結(jié)論也進(jìn)一步證明了3D 打印技術(shù)對(duì)骨科臨床教學(xué)具有積極作用。無獨(dú)有偶，李曙明等[23]在西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)部第一附屬醫(yī)院對(duì)七年制和八年制臨床骨科研究生進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，學(xué)員可通過3D 打印模型，精準(zhǔn)測(cè)量患者脊柱畸形的病變位置，選擇合適的手術(shù)入路，特別是選擇合適的椎弓根螺絲進(jìn)釘點(diǎn)、螺絲直徑及長(zhǎng)度、植入角度和深度；同時(shí)通過3D 模型在術(shù)前預(yù)選內(nèi)固定種類并重建外形，進(jìn)行預(yù)手術(shù)操作，教學(xué)效果良好，大大提高了教學(xué)效率。該研究的結(jié)論也在一定程度上證明了3D 打印技術(shù)在骨科臨床教學(xué)中的積極影響，特別是對(duì)年輕醫(yī)生手術(shù)能力的提升有重要意義。

綜上，在骨科臨床教學(xué)中引入3D 打印技術(shù)能夠有效地提高學(xué)員在骨折類型、血管神經(jīng)位置判斷、手術(shù)入路選擇、手術(shù)固定方式及內(nèi)固定放置等模塊的掌握程度，并能激發(fā)年輕醫(yī)生對(duì)于臨床教學(xué)的學(xué)習(xí)熱情，在年輕醫(yī)生中的認(rèn)可度很高，具有較大的積極意義。同時(shí)，3D 打印技術(shù)在臨床教學(xué)中的應(yīng)用尚存在一定的短板：如3D打印單次建模價(jià)格較高，骨科臨床教學(xué)成本會(huì)大幅增加；目前的3D 模型無法真實(shí)再現(xiàn)肌肉血管和神經(jīng)的走形和分布等，學(xué)員理解尚有一定困難；3D 打印教學(xué)需要多領(lǐng)域?qū)W科配合，需要帶教醫(yī)生和學(xué)員有一定的組織工程和生物材料學(xué)科知識(shí)等。但隨著3D 打印技術(shù)的不斷發(fā)展，打印成本不斷下降、打印操作不斷簡(jiǎn)化，將在骨科臨床教學(xué)中得到更廣泛的應(yīng)用。