3 D打印技术联合PBL教学模式在临床住培学员复杂骨科创伤教学中的应用.pdf

实用手外科杂志 圆园23 年 9 月 第 37 卷 第 3 期 允韵哉砸晕粤蕴 韵云 孕砸粤悦栽陨悦粤蕴 匀粤晕阅 杂哉砸郧耘砸再 Sep 圆园23熏 灾燥造 37熏 晕燥.3教学研究文章编号院1671-2722渊2023冤03-0417-033D 打印技术联合 PBL 教学模式在临床住培学员复杂骨科创伤教学中的应用马创1袁 贾麒钰2袁 任鹏1袁 阿不来提 窑 阿布拉1袁 郭建1袁 阿卜杜萨拉木 窑 阿力木江1袁张俊1袁 艾合买提江 窑 玉素甫1（1.新疆医科大学第一附属医院 骨科中心显微修复外科，新疆维吾尔自治区 乌鲁木齐 830011；2.骨科中心创伤骨科）艾合买提江 窑 玉素甫为本文通讯作者基金项目院国家自然科学基金地区项目渊项目编号:82260425冤收稿日期：圆园22原11原25作者简介：马创（1978-），男，主任医师，教授，博士生导师，副主任。摘 要院目的探究 3D 打印技术联合 PBL渊Problem-based learing冤教学模式在临床住培学员复杂骨科创伤教学中的应用效果袁探索高效临床骨科教学方法遥方法将 2020 年 12 月-2021 年 7 月于骨科中心进行规范化培训的 60 名外科系统非骨科专业研究生纳入研究袁随机数字表法分为两组袁每组 30人遥 对两组采用不同的教学方式袁分为传统教学组和 PBL 联合 3D 打印教学组袁观察两组学员出科考核情况以及对教学的满意度调查遥结果PBL 联合 3D 打印技术教学组学生在基础理论尧临床技能和临床思维三个方面的考核成绩均显著高于传统组渊约0.05冤遥 PBL 联合 3D 打印技术教学组学生的出科考核总成绩以及学生教学满意度也均显著高于传统组渊约0.05冤遥结论3D 打印技术联合 PBL教学模式可提升临床住培学员复杂骨科创伤教学的效果遥关键词院 3 D 打印技术曰 PBL曰 骨科曰 临床曰 教学doi:10.3969/j.issn.1671-2722.2023.03.030Application of 3D printing technology combined with PBL teaching mode in teaching complexorthopedic trauma to clinical residency traineesMA Chuang,JIA Qiyu,REN Peng,et al(Department of Microrepair and Reconstruction Orthopaedic Center,The First Affiliated Hospital ofXinjiang Medical University,Urumqi,Xinjiang Uygur Autonomous Region,830011)Abstract:Objective To discuss the effect of 3 D printing technology combined with PBL teaching modein teaching complex orthopedic trauma to clinical residency trainees,and to find an effective teachingmethod for clinical orthopedic teaching.Methods Sixty non-orthopaedic postgraduate students of thesurgical system who underwent standardized training at our orthopaedic center between December 2020and July 2021 were included in the study,and were divided into two groups of 30 each by random numbertable method,and different teaching methods were used for two groups,which were divided into thetraditional teaching group and the PBL combined with 3 D printing teaching group,and the dischargeassessment of the trainees in two groups was observed and the satisfaction survey of teaching.Results Theresults showed that the students in the PBL combined with 3 D printing teaching group had higherassessment scores in three aspects:basic theory,clinical skills and clinical thinking than the traditional group,and the difference was statistically significant(0.05).The total assessment scores and the satisfaction ofstudents in the PBL combined with 3 D printing teaching group were also higher than those in thetraditional group,and the difference was statistically significant(0.05).Conclusion 3 D printingtechnology combined with PBL teaching mode can improve the teaching effect of complex orthopaedictrauma for clinical residency trainees.Key words:3D printing;PBL;Orthopedics;Clinical;Teaching417窑窑实用手外科杂志 圆园23 年 9 月 第 37 卷 第 3 期 允韵哉砸晕粤蕴 韵云 孕砸粤悦栽陨悦粤蕴 匀粤晕阅 杂哉砸郧耘砸再 Sep 圆园23熏 灾燥造 37熏 晕燥.3住院医师规范化培训作为临床医学专业学生从医之旅的首个必修阶段，旨在全方位培养住院医师综合能力。此类培训是目前世界各国培训医师的主流方式1-3，而研究生学员更应在原有的培训基础上增加一定的专业广度与深度，以契合当前国内医学发展需要。因此，结合科室常见的复杂创伤病例4-5，采用科学有效的教学方法，制定合理公正的评估体系，对提高规范化临床住院医师的诊疗水平具有突出的意义。对于在骨科系统接受规范化培训的学生而言，基本骨科疾患诊治的掌握是必要的，但适时地增加深度和广度，并予以相应的拓展也是必要的，合乎新时代医疗体系的发展战略。随着我国工业现代化进程的不断推进，复杂骨科创伤出现的病例基数也呈逐年上升的趋势6-7，针对复杂骨科创伤如髋臼骨折等的教学也显得迫在眉睫，这对培训学员提出了更高的要求。骨科系统教学一直以来是临床教学的难点，教学效率的高低十分依赖学生的解剖学知识基础，对学生的三维空间想象能力要求较高，而面对髋臼骨折这一类复杂创伤更是如此。此时仍通过传统模式进行授课往往捉襟见肘。国内外教学实践中发现，以 问 题 为 基 础 的 学 习(Problem-basedlearning，PBL)可以有效地培养学员对问题的识别、分析和解决能力8-10。其特点为：学生为中心，案例为导向，并以小组讨论形式进行基于问题的教学新模式。但是，仅凭借方法上的优化无法填补客观存在的知识认知鸿沟。相较之下，通过 3 D 打印立体成像的方法，使抽象的髋臼骨折问题具体化，尽可能强化住培研究生学员的解剖学认知，从而在思维方式上建立图像意识而非文字理解，简化复杂问题。因此，3 D打印教学辅助技术可以和 PBL 教学模式形成良好互补。本研究旨在将 3 D 打印技术应用于 PBL 教学中，以进行规范化培训的外科系统非骨科专业研究生为研究对象，探索 3 D 打印技术在骨科住培教学中的应用价值，报道如下。1 资料与方法1.1 研究对象研究对象为 2020 年 12 月-2021 年 7 月在新疆医科大学第一附属医院骨科中心进行规范化培训的60 名外科系统非骨科专业研究生，其中男生 43 人，女生 17 人，通过随机数字表法分组，共两组，每组30 人，男女比例相同，对两组采用不同的教学方式，分为传统教学组和 PBL 联合 3 D 打印技术教学组。1.2 研究方法1.2.1 PBL 联合 3 D 打印技术教学组以问题为导向：采用骨科典型的复杂创伤病例，例如髋臼骨折等，带教教师指导学员收集并汇总临床病例资料，对疾病重点内容进行概述，并提出多个关键性问题；引导学员进行文献资料查阅及组内分析：要求学员根据实际教学病例相关问题进行资料搜集并检索数据库（Pubmed、中国知网等），对文献分析归纳并作为循证医学证据；3 D 打印模型教具的制备：将教学病例的 CT 数据进行三维重建并应用 3 D 打印技术打印出 11 比例高仿真髋臼骨折模型（图 1）；分组讨论：随机分成 6 组，每组 5人，进行小组讨论。小组成员每人发言并做出总结汇报，带教教师对小组成员的问题解决方案、讨论纲要、采集的循证医学证据及制定的临床诊疗规划方案进行判定评估，帮助学员找出最佳循证医学证据并结合目前主流的治疗方案，讲授该几类复杂病种急救流程和规范操作，并指导学生操作。之后借助 3D实体模型，介绍该复杂病种的价值、定义、基本分型、影像学表现、生理病理学、临床表现、诊治方法等并于 3 D 打印模型上进行手术模拟操作，最后对最新研究动态进行扩展介绍并作相应总结。1.2.2 传统教学组根据传统的教学方法进行课堂教授，包括基础理论知识讲解、PPT 演示、观看教学影像、手术录像并以提问方式强化对该复杂病种的记忆。1.3 教学效果评估采用出科考核和问卷调查模式对两组同学进行考核。出科考核内容主要包括基础理论知识（40 分）、临床技能（30 分）和临床思维（30 分），共计 100 分。通过问卷调查，让学生对课堂的满意情况进行打分，调查问卷以不记名方式向学员发放，共分为不满意、一般、满意三个选项，量化分数分别为 2、6、10分，共计 10 个问题，满分 100 分。1.4 统计学方法采用 SPSS 25.0 统计软件进行统计学分析，计量资料采用检验，用均数标准差（x）表示。0.05 表示有统计学意义。2 结果PBL 联合 3D 打印教学组学生在基础理论、临床图 13 D 髋臼骨折模型418 窑窑实用手外科杂志 圆园23 年 9 月 第 37 卷 第 3 期 允韵哉砸晕粤蕴 韵云 孕砸粤悦栽陨悦粤蕴 匀粤晕阅 杂哉砸郧耘砸再 Sep 圆园23熏 灾燥造 37熏 晕燥.3技能和临床思维 3 个方面的考核成绩均显著高于传统组（0.05）。PBL 联合 3 D 打印教学组学生的出科考核总成绩以及学生教学满意度也均显著高于传统组（0.05，表 1）。3 讨论髋臼骨折因可能涉及跨三维平面的多条骨折线，具有一定的诊断困难性和手术复杂性。最常见的是 Judet-Letournel 分型，将髋臼骨折分为简单骨折和复杂骨折两大类，共分为 10 种最常见模式11-12。这一分类方法较为全面、详细，目前已被普遍接受。对于经验丰富的骨科医生来说，准确诊断并不是一件难事，但当经验不足的外科医生和住培学员面对这一类病种时仍然十分困难11-12。计算机断层扫描(CT)和 3 D 重建技术等现代技术对髋臼骨折模式提供了更好的理解方式，有助于评估髋臼骨折和手术方法的选择12-14。髋臼骨折的手术固定方法更是需要准确识别骨折模式，对于非骨科学专业亦或是外科系统住培学员的专业知识壁垒也由此而来。当涉及后柱的骨折或复杂骨折如前半横骨折、复杂双柱骨折等采用传统教学方法效率会显著降低，培训后对住培学员进行的调研反映表明教学效果极不理想。由于与简单的骨折模式相比，复杂的髋臼骨折往往不易理解，其骨折线沿多个方向延伸，这对于无骨科专业背景的外科住培学员来说在视觉空间理解能力方面是个极大的挑战。研究中我们发现，在进行二维图像描述的同时，通过 3 D 打印模型会更有助于规培学员更好地了解复杂区域的骨折块类型与其解剖标志的精准定位。并且借助给定的 3 D 模型进行手术模拟可以更好地帮助研究生住培学员对手术方案的理解和强化治疗理念的认知。以上发现也极大程度得益于 3 D 模型带来的学习趣味性，使得学习过程注意力更为集中。通过内部小组对物理 3 D 模型的不断研究，并以问题为导向强化从骨折原理到如何治疗的主动探究，后期带教老师加以引导往往可以达到对该病种基本知识牢固掌握，拓展知识部分理解，课后继续学习兴趣提高的目的。近年来，进一步结合 VR/AR 技术的3 D 视野教学方法也异军突起，在复杂骨科教学领域逐渐展现出其独特的优势，但目前该技术大多集中在手术操作的训练15。通过 3 D 打印出的模型可从解剖结构入手深入理解生物力学特性，根据打印骨折模型从而确定具体分型并更好地制定手术方案。复杂髋臼骨折 3 D打印模型，在 PBL 学习机制补充的基础上，学员可直观地观察到骨折部位的形态、粉碎程度、移位情况，骨折分型及在带教老师引导下建立对邻近脏器是否有损伤及损伤程度的预估，进而设计手术实施方案。如髋臼骨折如何复位，复位后如何稳定骨折端，内固定材料的预塑形，钢板、螺钉的数量、长度等。利用模型进行多次复位、固定练习，有效地增加了学生模拟手术操作的机会，这些教学措施进一步调动了学生的学习热情，提高了学生实际动手的操作能力，为学员学习髋臼骨折奠定良好基础。同时具有极大的现实临床意义，可为患者选择最适合的手术方式，特别是对骨折的复位、钢板的最佳放置位置选择上有着独特的优势。同理其原理也可得到适度的推广，在针对住培学员的其他复杂骨科病种教学中也均可采取3 D 打印技术联合 PBL 教学法，如复杂踝关节骨折、胫骨平台骨折等。通过教学反馈也发现 3 D 打印技术在教学中的应用依然存在不足：无法对骨以外的周围结构如血管、神经和肌肉等进行良好的展示，在模拟实际复杂场景上仍有欠缺。若使用高精软材料进行软组织复现，可使教模更具真实感。这将使培训能够更加贴合临床的实践手术，并有潜力发展成为更实用的教学器械；打印模具的质量和精度与技术人员的专业化程度相关，技术、成本及难度较大；使用 3 D打印技术进行教学，可以有效帮助学生理解知识点，但其仍只能针对有价值的典型复杂病例进行讲解，若对各种骨折类型进行打印，其产生的教学成本过高；应用模型虽然降低了学员对局部解剖认知的难度，但也会让学生对真实的人体组织器官产生错觉，体外的模型只能展示和体现某一方面的内容，而人体本身是一个复杂、有机的整体，不能只是单纯地观察髋臼骨折，应既要重视局部又要考虑整体情况。科技发展逐渐成为各行业飞速发展的坚实推动力，如何让科技成果惠及医学教育，助推未来骨科医师的快速成长，显然已成为现代医学教育系统工程表 1两组基础理论考核成绩尧临床技能操作成绩尧临床思维考核成绩尧总分尧教学满意度比较(依 袁分)项目基础理论考核成绩临床技能操作成绩临床思维考核成绩总分教学满意度（%）3D 打印组34.571.8324.471.7621.732.2480.773.9380.606.15传统组28.172.1719.271.6815.132.3762.573.2554.808.60值12.3511.7211.0719.5713.36值0.050.050.050.050.05(下转第 424 页)419窑窑实用手外科杂志 圆园23 年 9 月 第 37 卷 第 3 期 允韵哉砸晕粤蕴 韵云 孕砸粤悦栽陨悦粤蕴 匀粤晕阅 杂哉砸郧耘砸再 Sep 圆园23熏 灾燥造 37熏 晕燥.3的一个基本命题。不断科学调整教学模式并与行业发展相适配，尤其需要将科技革新应用到高精尖复杂领域的学习中。PBL 教学结合 3 D打印技术，作为规培教育中的传统教育革新点，显示了不俗的教育成效，从三维立体角度去处理复杂髋臼骨折问题，并使学员从临床角度出发，极大地缩短了理论与实践的距离，具有学习周期固定但遗忘曲线延长的良好效果。该教育理论模式值得在复杂临床情境的授课中广泛推广。参考文献院1 Linke J,Eichhorn T,Kemper M,et al.The situation of edu-cation in ENT-residency-training in GermanyJ.HNO,2021,69(7):534-543.2 Gogate PM,Biswas P,Honavar SG,et al.Ophthalmology resi-dency trainers perspective on standardization of res-idency training in IndiaJ.Indian J Ophthalmol,2021,69(4):836-841.3 Liu Y,Huang M,Zhou Y,et al.Evaluation of a staged case-based discussion curriculum in standardized residencytrainingJ.Biochem Mol Biol Educ,2020,48(2):128-133.4 陈圣，常小波，薛兆龙，等.锚钉联合空心螺钉治疗复杂粉碎性髌骨骨折的临床疗效J.实用手外科杂志，2022，36(4)：460-463.5 张经伟，张可，赵骞.复杂踝关节损伤应用 MRI 与多层螺旋 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