李鋒濤，程　劍，張　廷，賀西京

西安交通大學(xué)第二附屬醫(yī)院：1骨二科；2手術(shù)麻醉科，西安　710004

?

·數(shù)字醫(yī)學(xué)·

應(yīng)用3D打印技術(shù)及PACS系統(tǒng)設(shè)計骨科復(fù)雜疾病臨床教學(xué)模式之體會

李鋒濤1，程劍2，張廷1，賀西京1

西安交通大學(xué)第二附屬醫(yī)院：1骨二科；2手術(shù)麻醉科，西安710004

【摘要】：目的探討3D打印技術(shù)及圖像存檔與傳輸系統(tǒng)（picture archiving communicating system，PACS）在骨科復(fù)雜疾病臨床教學(xué)模式中的應(yīng)用，進(jìn)一步提高骨科臨床教學(xué)質(zhì)量。方法選取西安交通大學(xué)第二附屬醫(yī)院2015級碩士研究生46名，隨機(jī)分為實驗組和對照組，實驗組采用PACS系統(tǒng)、3D打印模型進(jìn)行臨床教學(xué)，對照組采用傳統(tǒng)教學(xué)方式，分析兩組學(xué)生學(xué)習(xí)成績及主觀評估分?jǐn)?shù)有無統(tǒng)計學(xué)差異。結(jié)果與對照組相比，實驗組學(xué)生學(xué)習(xí)成績及主觀評估分?jǐn)?shù)高于對照組（P＜0.01）。結(jié)論3D打印技術(shù)及PACS系統(tǒng)相結(jié)合的教學(xué)模式應(yīng)用于骨科臨床教學(xué)，取得了良好的教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】：PACS；臨床教學(xué)；骨科；3D打印

【DOI】：10.13566/j.cnki.cmet.cn61-1317/g4.201604023

3D打印技術(shù)是以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)［1］。隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，可以更加方便、快捷、價格低廉地通過3D打印機(jī)打印出多種個性化的模型。其在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越受到關(guān)注，許多學(xué)者已經(jīng)開始對3D打印的教育應(yīng)用進(jìn)行探索［2-3］。

在骨科臨床教學(xué)過程中，對于解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜的骨科疾病，如脊柱側(cè)凸、脊柱骨折、四肢關(guān)節(jié)骨折、畸形、腫瘤，等，教師常常很難講解，加之應(yīng)用傳統(tǒng)的影像學(xué)及模式圖等教學(xué)方式，很難使學(xué)生理解和掌握相關(guān)疾病的解剖結(jié)構(gòu)、發(fā)病機(jī)理、治療方法，等，出現(xiàn)了講者“難受”、聽者也“難受”的尷尬局面，嚴(yán)重影響了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣及積極性。近年來，為了解決以上臨床教學(xué)中所遇到的問題，我們將3D打印技術(shù)與臨床圖像存檔與傳輸系統(tǒng)（picture archiving communicating system，PACS）相結(jié)合，選取所需疾病影像學(xué)資料（薄層CT、MRI掃描），將圖片信息經(jīng)過專業(yè)軟件處理傳輸給3D打印機(jī)打印出實體模型，采用實體模型與具體疾病相結(jié)合模式進(jìn)行教學(xué)，取得了良好效果，現(xiàn)介紹如下：

1　材料與方法

1.1教學(xué)方法

1.1.1實驗組于上課前1天準(zhǔn)備所要講述相關(guān)疾病的資料，借助PACS系統(tǒng)下載相關(guān)疾病影像學(xué)資料，提交科室管理人員，經(jīng)過專業(yè)軟件處理后打印成3D模型（圖1a，b，c）。上課時結(jié)合PACS系統(tǒng)提供的疾病影像學(xué)資料以及3D實體模型，介紹此種疾病的定義、基本分型、影像學(xué)表現(xiàn)、生理病理學(xué)等相關(guān)知識、臨床表現(xiàn)、診治方法、最新研究動態(tài)，等，在講述復(fù)雜的解剖學(xué)知識時，學(xué)生可以隨時觀察3D實體模型，更好地理解所學(xué)知識，提高了學(xué)習(xí)興趣及效率。

圖1　a肩胛骨腫瘤3D打印模型 b寰樞椎脫位3D打印模型 c脊柱側(cè)凸3D打印模型

1.1.2對照組教師根據(jù)傳統(tǒng)的教學(xué)方法對學(xué)生進(jìn)行理論知識的講解，帶學(xué)生觀看影像教學(xué)片，以提問的方式加深學(xué)生的記憶。

1.2觀察指標(biāo)

實習(xí)結(jié)束后，對兩組學(xué)生的教學(xué)效果進(jìn)行考評。內(nèi)容分為客觀考試及主觀評價兩部分。客觀考試分?jǐn)?shù)滿分為100分，包括典型疾病的定義、發(fā)病機(jī)制、分型、診斷及治療等理論知識的掌握以及典型病例分析。主觀評價部分通過問卷調(diào)查形式自我評價教學(xué)效果，內(nèi)容包括：學(xué)習(xí)興趣、理解能力、掌握程度及滿意程度，每項滿分為10分。

1.3統(tǒng)計學(xué)方法

所得數(shù)據(jù)均采用SPSS 13.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析，計量資料采用（x±s）表示，將兩組學(xué)生客觀考試成績以及主觀評價分?jǐn)?shù)進(jìn)行兩樣本t檢驗，以P ＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2　結(jié)果

2.1研究對象及分組

課題組于2015年1月—2015年12月，選取在西安交通大學(xué)第二附屬醫(yī)院骨科臨床實習(xí)的碩士研究生46名，其中男生20人（43.48%），女生26人（56.52%），隨機(jī)分為實驗組及對照組，每組各23名，男女比例相同（男生：33.33%，女生：66.67%）。各組研究生均為同一級學(xué)生，在年齡、平時學(xué)習(xí)成績方面均無顯著性差異。

2.2兩組學(xué)生客觀考試分?jǐn)?shù)比較

采用3D打印結(jié)合PACS系統(tǒng)教學(xué)方法的實驗組學(xué)生在專業(yè)知識考試中成績（94.56±5.87）均高于采用傳統(tǒng)教學(xué)方法的對照組學(xué)生（85.66±6.31），差異有統(tǒng)計學(xué)意義（t=4.953，P＜0.001）。

2.3主觀評價比較

采用3D打印結(jié)合PACS系統(tǒng)教學(xué)方法的實驗組學(xué)生在主觀評價方面（包括學(xué)習(xí)興趣、理解能力、掌握程度及滿意程度）得分也同樣高于采用傳統(tǒng)教學(xué)方法的對照組學(xué)生，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.01），如表1所示。

表1　兩組學(xué)生主觀評價分?jǐn)?shù)比較（n=23）

3　討論

骨外科是一門病種繁多，與解剖學(xué)、影像學(xué)及生物力學(xué)關(guān)系密切的學(xué)科。其中一些比較復(fù)雜的骨腫瘤、脊柱畸形、四肢脊柱骨折等疾病，其病理狀態(tài)下的解剖結(jié)構(gòu)與正常解剖結(jié)構(gòu)區(qū)別巨大，對于初學(xué)者及年輕骨科醫(yī)師來說，理解十分困難。加之傳統(tǒng)教學(xué)方法以教師為中心，只注重向?qū)W生灌輸知識，嚴(yán)重影響了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣及積極性。如何更好地將骨科復(fù)雜疾病的病因、發(fā)病機(jī)制、分型、診斷及治療過程形象地、直觀地呈現(xiàn)給學(xué)生，使其產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動其學(xué)習(xí)積極性，更好地培養(yǎng)其發(fā)現(xiàn)問題、解決問題能力，提高其臨床思維能力，更加深刻地理解臨床診療過程具有重要的意義。

PACS系統(tǒng)是對醫(yī)學(xué)圖像信息進(jìn)行數(shù)字化采集、存儲、管理、傳輸和重現(xiàn)的系統(tǒng)［4］，是一個涉及影像醫(yī)學(xué)、數(shù)字圖像技術(shù)、計算機(jī)與通訊和圖形圖像后處理等技術(shù)的實踐性很強(qiáng)的高新技術(shù)系統(tǒng)。PACS系統(tǒng)的建立和使用，使教學(xué)人員可以非常便利地調(diào)用數(shù)字化的影像資料，并可選用高品質(zhì)的數(shù)字圖像應(yīng)用于多媒體教學(xué)幻燈片中，高效率地制作多媒體課件，極大地方便了圖像管理及教學(xué)［5］。

在骨科教學(xué)過程中，由于在PACS系統(tǒng)中直接獲取的復(fù)雜疾病的影像學(xué)資料為二維影像，直接給學(xué)生講述二維狀態(tài)下的影像學(xué)片子，內(nèi)容過于抽象，學(xué)生不易理解。如果將二維影像經(jīng)過處理，制作成實體三維模型，學(xué)生可360°直觀地觀察疾病的立體空間結(jié)構(gòu)，提高其學(xué)習(xí)興趣及學(xué)習(xí)效率，達(dá)到事半功倍的效果。3D打印的發(fā)展為解決以上問題提供了可能。3D打印技術(shù)是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，其在個體化治療［6］、術(shù)前評估及手術(shù)方案制定［7］、術(shù)中導(dǎo)向［8］等方面的應(yīng)用均有報道。馬立敏等［9］應(yīng)用3D打印技術(shù)應(yīng)用于骨腫瘤手術(shù)方面，明顯縮短了手術(shù)時間，降低了手術(shù)風(fēng)險。在教學(xué)過程中，同樣可以通過PACS系統(tǒng)選取所需典型疾病影像學(xué)資料，經(jīng)過專業(yè)軟件處理，通過3D打印技術(shù)將其制成實體模型，幫助學(xué)生更好地理解疾病的分型、分類及治療。在教育領(lǐng)域，許多學(xué)者已經(jīng)應(yīng)用3D打印技術(shù)進(jìn)行教學(xué)工作，取得了良好的效果［10］。該課題將3D打印技術(shù)與PACS系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來開展骨科復(fù)雜疾病的臨床教學(xué)研究，結(jié)果證明，與傳統(tǒng)教學(xué)模式比較，新的教學(xué)模式顯著提高了學(xué)生客觀考試分?jǐn)?shù)及主觀評價分?jǐn)?shù)（P＜0.01）。

總而言之，通過3D打印技術(shù)與PACS系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來開展骨科復(fù)雜疾病的臨床教學(xué)模式，有效解決了傳統(tǒng)教學(xué)模式中以教師為中心的灌輸知識的弊端。新的方法以學(xué)生為中心，采用平面影像學(xué)與立體模型結(jié)合，將原有的復(fù)雜問題簡單形象化，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性及學(xué)習(xí)興趣，提高了教學(xué)效率，是一種較好的教學(xué)模式。

參考文獻(xiàn)

［1］方月娥，肖雄亮.3D打印技術(shù)對高職教育的影響研究［J］.新課程學(xué)習(xí)，2014（7）：14

［2］周悅，黃華興，王巍，等.3D打印技術(shù)在外科臨床教學(xué)中的應(yīng)用［J］.南京醫(yī)科大學(xué)學(xué)報，2015（6）：504-506

［3］孔金海，鐘南哲，王君成，等.3D打印模型在臨床八年制情景教學(xué)中的應(yīng)用［J］.基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育，2015，17（10）：924-926

［4］王紅，韓秉艷，王云玲，等.PACS系統(tǒng)在影像醫(yī)學(xué)問題式教學(xué)模式中的應(yīng)用［J］.教育教學(xué)論壇，2014（18）：53-54

［5］楊小慶，楊明，劉斌，等.PACS在構(gòu)建醫(yī)學(xué)影像學(xué)教學(xué)圖片資源庫與電子圖片試題庫中的應(yīng)用［J］.西北醫(yī)學(xué)教育，2008，16（1）：169-171

［6］胡堃，李路海，余均武，等.3D打印技術(shù)在骨科個性化治療中的應(yīng)用［J］.高分子通報，2015（9）：62-70

［7］張科，張強(qiáng)，張貴春，等.3D打印在轉(zhuǎn)子間外翻截骨術(shù)治療青年股骨頸骨不連中的臨床應(yīng)用［J］.醫(yī)學(xué)與哲學(xué)，2015，36（10b）：52-54

［8］劉瑞，董樂樂，左強(qiáng)，等.3D打印定位導(dǎo)向模板在脊柱外科中的應(yīng)用進(jìn)展［J］.中國數(shù)字醫(yī)學(xué)，2015（7）：33-35

［9］馬立敏，張余，周燁，等.3D打印技術(shù)在股骨遠(yuǎn)端骨腫瘤的應(yīng)用［J］.中國數(shù)字醫(yī)學(xué)，20 13，8（8）：70-72

［10］張長偉，何大為，陳自強(qiáng)，等.基于三維打印技術(shù)的骨科教學(xué)模型設(shè)計及教學(xué)實施體會［J］.中國醫(yī)學(xué)教育技術(shù)，2015，29（5）：550-552

【中圖分類號】：G434

【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】：A

【文章編號】：1004-5287（2016）04-0450-03

基金項目：西安交通大學(xué)本科教學(xué)改革專題研究項目（1502Q-12）

收稿日期：2016-03-07

作者簡介：李鋒濤（1980-），男，陜西興平人，主治醫(yī)師，博士，主要研究方向：脊柱關(guān)節(jié)外科及教學(xué)。

通信作者：賀西京（1958-），男，河南濟(jì)源人，教授，博士研究生導(dǎo)師，主要研究方向：脊柱關(guān)節(jié)外科及教學(xué)。電話：029-87679584；E-mail：xijing_h@vip.tom.com

Application of 3D printing technology and
PACS in designing the mode of clinical orthopedics teaching

Li Fengtao1，Cheng Jian2，Zhang Ting1，He Xijing1

1Department Two of Orthopedics；2Department of Operation and Anesthesia，the Second Affiliated Hospital of Xi'an Jiaotong University，Xi'an 710004，China

【Abstract】：ObjectiveTo investigate the application of 3D printing technology and Picture Archiving Communicating System（PACS）as a clinical teaching mode of complicated diseases so as to further improve the quality of clinical orthopedics teaching.MethodsWe randomly divided 46 Grade 2015 master's degree candidates of clinical medicine in our hospital into experimental group and control group.The experimental group received the new teaching method and the control group the traditional one.Last we compared the academic performance and subjective self-assessment scores of the groups. ResultsThe experimental group outperformed the control group in academic performance and subjective self-assessment score（P＜0.01）.ConclusionThe teaching mode incorporating 3D printing technology with PACS has been applied in clinical orthopedics teaching and achieved satisfactory teaching effects.

【Key words】：PACS；clinical teaching；orthopedics；3D printing