3D打印技术在复杂骨盆髋臼骨折术前教学中的应用效果.pdf

54医疗装备 2024 年 2 月第 37 卷第 4 期 Medical Equipment,February.2024,Vol.37,No.4髋关节是人体最大的承重关节，髋臼骨折是骨科最复杂的损伤之一1-2。骨盆髋臼骨折区域周围有较多肌肉、血管和神经，髋臼的不规则弯曲增加了手术难度。由于无法在完全直视的情况下进行手术，对医师的临床操作提出较高的要求。但临床教学中使用的骨折模型缺乏病理环境的逼真感，且无仿真手术的可操作性，导致传统的教学方法不能为住院医师提供理想的手术步骤演示等。随着 3D打印技术在骨科中的应用越来越成熟，现已被证明在教学中能够取得不错的临床教学效果3。3D 打印模型是理解骨盆骨折解剖结构的首选方法，能够弥补 X 线和 CT 图像的立体缺陷，以及为住院医师制定必要的预手术计划提供便利3-4。本研究旨在探讨 3D 打印技术在复杂骨盆髋臼骨折术前教学中的应用效果，现报道如下。1 对象与方法1.1 研究对象将 2021 年 6 月至 2023 年 12 月医院骨科参加住培的 30 名住院医师作为研究对象，均为本科或硕士毕业后直接参加培训。根据授课方法不同分为试验组和对照组，每组 15 名。试验组男 12 名，女3 名；年龄 2331 岁，平均（25.62.8）岁；理论考核成绩为（79.12.5）分。对照组男 13 名，女2 名；年龄 2330 岁，平均（24.71.9）岁；理论考核成绩为（80.32.7）分。两组一般资料比较，差异均无统计学意义（P0.05），具有可比性。本研究经医院医学伦理委员会批准（伦理审批号：2020LL007）。纳入标准：对研究内容知情同意且自愿参加；严格按照教学计划完成课程，能认真配合完成考试和教学满意度调查；排除标准：因特殊原因请假缺课者。学习态度不端正，不能认真配合完成考试和满意度调查。1.2 方法对照组采取传统教学方式。以骨盆髋臼骨折患者为例，带教老师以 PPT 的形式向学生讲解临床知识，围绕病例的流行病学、病史采集和查体、影像学资料、骨折的特征和分型、诊断及治疗方案和预后等内容进行讲述。采用图片形式展示手术过程，对手术中的重点与难点问题进行详细讲解。根据教学提纲和病例特点，组织学生围绕病例的疑难问题进行讨论。同时，要求学生通过查找相关书籍、文3D 打印技术在复杂骨盆髋臼骨折术前教学中的应用效果彭祥1，2，双峰1，2，胡炜1，2，李浩1，2（通信作者），郑聪1，2，单记春1，2，杨迪1，2，万得恩1，2，何菲1，2，卜国云31联勤保障部队第九八医院（江西南昌330002）；2南昌大学附属长城医院（江西南昌）；3天津医院（天津300211）摘要目的探讨 3D 打印技术在复杂骨盆髋臼骨折术前规划教学中的应用效果。方法选择 2021 年 6 月至 2023 年 12 月医院骨科参加住培的 30 名住院医师为研究对象，根据授课方法不同分为试验组和对照组，每组 15 名。试验组采用 3D 打印技术辅助教学，对照组采用传统授课模式教学。培训结束后，分别对两组进行理论知识和临床技能考核，并应用调查问卷评价两组的教学效果。结果试验组理论知识及临床技能考核分数高于对照组，差异有统计学意义（P0.05）。试验组学习兴趣、理论知识理解、手术技能提升、教学满意度评分均高于对照组，差异有统计学意义（P0.05）。结论在复杂骨盆髋臼骨折手术教学中，应用 3D 打印技术能显著提高住院医师的理论成绩和实践能力，以及对相关解剖特点和手术技巧的掌握程度。关键词3D 打印；骨盆髋臼骨折；住院医师；骨科教学中图分类号R445.3;R681.6 文献标识码B 文章编号1002-2376（2024）04-0054-03DOI10.3969/j.issn.1002-2376.2024.04.015基金项目：江西省卫生健康委科技计划项目（202211380，202211373）；联勤保障部队第九八医院苗子基金课题项目（2022YNKT030，2022YNKT003）收稿日期：2024-01-08临床应用55医疗装备 2024 年 2 月第 37 卷第 4 期 Medical Equipment,February.2024,Vol.37,No.4献或上网查询资料学习相关内容5。试验组采用 3D 打印技术辅助教学。以骨盆髋臼骨折患者为例，将患者 CT（美国 GE 公司，型号：Discover CT750 HD）扫描数据以DICOM格式存储，并经 3D Slicer 软件重建三维模型，然后运用 3D 打印机打印仿真骨骼模型。在传统教学的基础上，结合多媒体教学设备展示 CT 三维重建图像，通过带教教师对三维图像的讲解，使学生对骨骼结构、骨折机制、骨折分型建立初步认识。通过课堂展示 3D打印模型，使学生进一步加深对骨骼形态学的认识。学生可以在模型上模拟手术的操作过程，实现对内固定预弯程度、螺钉位置及数量、骨折复位角度等的动态选择，从而加深对骨盆髋臼骨折疾病及手术的理解，提高动手能力6。1.3 观察指标 培训完毕后，对两组进行理论知识考试和临床技能考核。理论知识主要为以案例为基础的临床分析试题（单选10题30分，不定项选择5题30分，案例分析 2 题 40 分）。临床技能包括骨盆髋臼骨折患者的病史采集、专科查体、影像学读片能力、骨折分型、手术方式的选择、术中熟练程度（6 项操作技能共 60 分，2 项读片能力共 40 分）7。理论考核结束后对所有住院医师进行统一的问卷调查，内容包括学习效率、理论理解能力、手术实践技能、教学满意度等，每项 010 分。共发放调查问卷 30 份，有效问卷回收率为 100%。1.4 统计学处理采用 SPSS 20.0 统计软件进行数据分析，计量资料以 x-s 表示，采用 t 检验。计数资料以率表示，采用 2检验。P0.05 为差异有统计学意义。2 结果2.1 两组考核成绩比较试验组理论知识考核和临床技能考核分数高于对照组，差异有统计学意义（P0.05），见表 1。表 1两组考核成绩比较（分，x-s）组别人数理论知识 临床技能 试验组15 名87.12.685.62.7对照组15 名83.11.982.81.9t3.1803.249P0.0040.0032.2 两组调查问卷评分比较试验组在提高学习兴趣、理论理解能力、手术技能提升及教学满意度方面评分高于对照组，差异有统计学意义（P0.05），见表 2。3 讨论由于老龄化人口和道路交通事故的不断增加，骨盆髋臼骨折的发病率也逐年上升8。髋臼骨折的发生有2个年龄峰值，其中年轻人多因高速创伤（如车祸）而遭受髋臼骨折，而老年患者多因遭受低冲击创伤（如跌倒）9-10。骨盆髋臼骨折占所有骨折病例的 1.5%，然而由于对邻近器官、神经和血管的二次损伤，死亡率高达 7%30%11。髋臼承重区移位性骨折须行手术干预，以实现关节完整性和最佳髋关节功能12。对于复杂髋臼骨折患者，骨折处的传统成像方式（如 X 线和 CT 扫描）不能清楚显示骨折处的解剖结构。据报道，在没有 3D 模型的帮助下，经验丰富的外科医师使用 X 线对髋臼骨折进行分类的准确度为 11%，使用 CT 成像的准确度为 30%8。表 2两组调查问卷得分比较（分，x-s）组别人数提高学习兴趣理论理解能力手术技能提升教学满意度试验组 15 名 7.931.038.130.998.271.038.531.13对照组 15 名 6.600.836.870.926.400.916.801.08t 3.9013.637 5.251 4.299P 0.0010.0010.0010.001髋臼骨折实现解剖复位和牢固固定及预防手术、术后并发症是其治疗成功的关键13。手术过程包括保护坐骨神经和股骨头的血液供应，保护L5 神经根和股神经，降低异位骨化的风险14-15。术前需确定最佳的手术方法、复位技术、植入物的选择和放置，以获得良好的手术效果16。传统的教学模式是术前进行理论授课结合教学查房，带教老师会对骨盆的解剖特点、骨折分型及具体手术步骤以 PPT 的形式进行详细讲解，然后带住院医师进行教学查房，并指导住院医师阅读骨盆 X 线、CT、MRI 等影像资料。此种教学方法对住院医师的空间想象力和三维重建能力要求较高，直观性和可操作性欠佳，造成住院医师对知识点的理解不够深刻。本研究结果显示，试验组理论及操作考核成绩明显高于对照组，差异有统计学意义（P0.05），说明3D模型提供了完整的可视化，同时还可以触摸碎片的大小和对其位移方向的物理评估，这些模型可用于植入物的预手术，提高了手术的准确性和安全性。研究证实，3D 打印模型作为年轻外科医师的学习工具在住院医师教育中具有重要作用，可以对髋臼骨折进行正确的识别、描述和分类，对患者正确的分型和治疗至关重要17。本研究通过导入骨盆髋臼骨折的原始 DICOM 数据，对骨盆髋臼骨折进行三维重建，提取骨折部位表面解剖和形态学特征，预先设计骨折复位顺序、钢板的位置和螺钉的拧紧角度。通过三维导航可以构建11的骨盆髋臼模型，模拟整个手术过程，使医师对手术过程中的关键点进行充分理解与评估，并选择最佳的手术选项和方56医疗装备 2024 年 2 月第 37 卷第 4 期 Medical Equipment,February.2024,Vol.37,No.4案。同时方便年轻医师与患者进行术前沟通，使患者对手术过程有更直观的了解。研究显示，当 3D模型被用于医患沟通时，患者的满意度和理解力均有所提高18。本研究发现，通过 3D 打印辅助术前规划教学，住院医师的理论和实践考核成绩明显提升。通过对教学后的问卷调查数据分析，试验组的学习兴趣增强，对骨盆髋臼骨折的理论知识和手术技巧的掌握更加快速和扎实，教学满意度也明显提高。综上所述，在骨盆髋臼骨折术前教学中运用3D打印技术，可直观了解骨折特征，共同探讨制定个性化的治疗方案，并模拟手术过程，教学成绩和效果均有显著提升。但 3D 打印模型不能提供骨折部位周围软组织损伤的信息，包括神经和血管19，且3D模型的打印受时间限制。随着医疗装备的进步，体验感更为逼真的骨科教学手段也在不断创新，利用虚拟仿真技术、增强现实技术以及智能机器人等设备开展辅助教学，正逐步得到应用20-22。参考文献1 Hsieh SL,Lin TL,Lo YS,et al.Trends and treatments of pelvic and acetabular fractures in Taiwan:facing an aging societyJ.Arch Osteoporos,2023,18(1):66.2 Trikha V,Tornetta P.Management of pelvi-acetabular injuries:Global scenario and future trendsJ.J Clin Orthop Trauma,2020,11(6):961-962.3 Zou R,Wu M,Guan J,et al.Therapeutic Effect of Acetabular Fractures Using the Pararectus Approach Combined with 3D Printing Technique.Orthop SurgJ.2020,12(6):1854-1858.4 陈真，顾娉郡，何安妮，等.3D 打印模型结合 CBL 教学法在骨科住院医师规范化培训骨盆骨折教学中的应用 J.中国毕业后医学教育，2023，7（11）：902-905.5 周平辉，张逸文，毛颖基，等.3D 打印技术结合CBL 教学模式在骨科临床教学中的应用 J.中华全科医学，2020，18（8）：1376-1379.6 马铮，陈涛平，王云飞，等.CT 三维重建及3D 打印模型在骨科教学中的应用 J.中国继续医学教育，2023，15（9）：124-127.7 陈家磊，方跃.3D 打印技术在复杂创伤骨科病例教学中的应用 J.中国继续医学教育，2019，11（28）：32-35.8 Lee AK,Lin TL,Hsu CJ,et al.Three-dimensional printing and fracture mapping in pelvic and acetabular fractures:a systematic review and meta-analysisJ.J Clin Med,2022,11(18):5258.9 Ansari S,Barik S,Singh SK,et al.Role of 3D printing in the management of complex acetabular fractures:a comparative studyJ.Eur J Trauma Emerg Surg,2021,47(5):1291-1296.10 Zhou W,Xia T,Liu Y,et al.Comparative study of sacroiliac screw placement guided by 3D-printed template technology and X-ray fluoroscopyJ.Arch Orthop Trauma Surg,2020,140(1):11-17.11 Robinson DL,Bucknill A,Ferragina A,et al.Fixation of pelvic acetabular fractures using 3D-printed fracture plates:a cadaver studyJ.J Orthop Surg Res,2023,18(1):360.12 Ansari S,Barik S,Singh SK,et al.Role of 3D printing in the management of complex acetabular fractures:a comparative studyJ.Eur J Trauma Emerg Surg,2021,47(5):1291-1296.13 Ivanov S,Valchanov 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