3D打印技术联合CBL教学模式在外科教学中的应用

杨小杰 李友芳 高珂

【摘要】随着教育体制及医疗体制改革，传统的临床带教方式已经无法满足现阶段的教学要求，探索新的带教模式势在必行。3D打印技术与CBL带教法作为近年来新兴的、发展迅速的新技术与新模式，有着各自的优势与不足，笔者尝试将两者结合，取长补短，应用于实际外科临床带教过程中，探索一套行之有效的外科教学模式。

【中图分类号】R19

【文献标识码】B

【文章编号】2095-6851（2019）09-029-01

3D打印（Three-Dimensional Printing）技术是一项新兴的、发展迅速的技术，目前已在临床各科室得到广泛应用，包括术前规划、术中指导、定制植入物等[1]。近年来，凭借电子计算机断层扫描（Computed Tomography）、磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging）等影像学技术的进一步发展，3D打印技术在医学教学中的应用越来越广。作为教学辅助工具，3D打印模型已被证明可以增强解剖学知识，增强对复杂概念及手术方式的理解，并有助于提高外科技能[2]。

外科的教学内容涉及全身器官及其周围的神经、血管、肌肉、软组织等，对局部解剖知识有较高要求，包括易损伤神经、血管等。同时，二维影像资料与人体内立体的解剖结构之间存在空间转换困难，继而导致规培医师对手术方式、疾病机制的理解困难[3]。外科的教学内容较多然而轮转学习时间有限，因此，怎样通过一些好的教学辅助办法提高案例教学效果，是外科教学所面临的一个重要挑战。

根据以往的教学经验，CBL（case-based learning）作为一种比较成功的教学模式已经在医学以及其他各领域中取得了较为显著的成效，将其应用于外科的临床教学领域中，也取得了较好的教学效果[4]。针对以上情况，本文探讨3D打印技术结合CBL在外科实际带教过程中的应用成果，以探索一套行之有效的外科教学模式。

1 各教学方式的比较

1.1 传统外科教学中的问题

传统的临床外科教学仍是“以教师为主体”的教学模式。教师在教学过程中容易以自我为中心，导致授课内容单一，对疾病的描述性讲解颇多，过多注重疾病的病因病机、诊断及鉴别诊断、治疗方法以及疗效的纵向联合，而忽略了学科之间的横向联合，而作为学生在课上只能被动地接受知识，课后只能形成抽象的概念，无法对外科疾病产生整体性印象，这导致了教学效果的不理想且使得很多学生丧失了学习外科的热情。同时，由于现代医学影像技术快速发展，临床医师往往过分依赖影像学结果，而忽略了体格检查等基本技能。外科的治疗理论以及技术变化迅速，传统的临床教学模式在有限的时间内能带给学生的知识非常有限，因此亟需对教学内容以及教学模式的改革。

1.2 CBL教学及其不足之处

CBL是基于临床案例的一种新型教学模式，通过实际案例来引导学生进行思考、讨论并提出治疗方案。在CBL教学中，学生可以充分利用已有的知识，发散自己的思维，对患者的诊断、治疗等提出自己的见解。但是，CBL也具有一定缺点：一方面对病例的选择提出了更高的要求，同时由于临床病例的复杂性，对带教老师也需要具备更广的知识面;另一方面，在CBL教学过程中缺乏对基础知识的解释，或由于基础理论知识的抽象，学员面对大量尚未掌握牢固的新鲜知识，容易对主动学习的兴趣产生影响[5]。

1.3 3D打印技术在临床教学中的应用及其不足之处

在临床带教过程中，存在某些抽象概念难以表达或解释，3D模型可以用来演示复杂的解剖学概念并帮助解释部分非直觀的理论知识，尤其是一些复杂的手术问题。已有报告显示，在参与了利用3D髋臼模型辅助的教学培训后，培训学员对处理类似复杂骨折的信心有了明显提升[6]。但现阶段仍存在许多问题：一方面，3D打印模型无软组织附着，不能完全真实地再现周边肌肉、血管和神经的走形和分布;另一方面，在实际教学应用中，必须考虑到技术因素及成本因素等限制条件。

2 3D打印技术联合CBL在外科教学中的应用

相比于一些发达国家，我国的住院医师规范化培训制度开展较晚，目前尚存在着一些问题，例如内容较笼统、传统临床教学模式单一、培训时间有限等，在一定程度上影响了培训质量。为了提高培训质量，培养出适应国家要求的集科研能力和临床能力于一身的的综合性医学人才，将规培制度落于实处，住院医师培训方案仍需进一步改进。

根据以往的带教经验，笔者将3D打印技术与CBL教学模式进行结合，取长补短。具体教学流程如下：

2.1 带教老师以教学大纲为基准，根据科室目前实际病例情况，挑选具有典型特点的病例1个并预设相关问题，并将相关内容布置作业下发，要求学员利用专业书籍及查找文献，提前熟悉相关知识;

2.2 选取病例相应的CT平扫影像资料，导入我院外科3D打印平台，打印出1：1三维立体模型，同时准备其他教学所需用品;

2.3 向学员介绍实际病例，学员通过询问病史、查体、常规影像学资料阅片后，小组讨论得出初步的诊断和处理意见;

2.4 带教老师利用3D打印模型，针对疾病的重难点进行更详细的讲解;与学员进行相互讨论与提问，启发学员利用已掌握的知识对病例进行分析，探讨疾病的发展机制、诊断思路、治疗手段及预后等，形成最终的诊疗方案;

2.5 带教老师再次利用3D模型针对学员提出的问题及诊疗方案进行反馈，对预设的问题进行总结分析，帮助学员掌握巩固相应知识。

3 结论

在外科的带教过程中，主要存在两方面的困难，一方面，外科所涉及的知识面广，概念往往比较抽象，学员理解起来费力，同时由于大部分规培学员在外科各科室的轮转时间只有1-3个月，要在短暂的时间里帮助学员基本掌握外科大部分疾病的诊疗过程，传统的带教模式显然已经无法满足，许多学员因此丧失了对外科的学习热情。另一方面，大多数学员作为低年资医师，科研能力较薄弱，对于外科的前沿理论和技术的了解较为滞后，影响了学员的创新思维及创新能力[7]。

作为一种互动型的教学模式，CBL能够基于临床病例，与实际紧密联系，引导学员进行病案分析及互相讨论，不仅能激发学员主动学习的兴趣，从而较好地掌握新知识新技术，同时还能训练学员的推理和解决问题的能力，形成对疾病较为整体的诊疗思路。然而这种教学模式在外科规范化培训的应用中却受到了限制，主要原因在于外科教学涉及一些复杂的手术方式、人体结构畸形等，疾病的成因复杂，组织结构变异大，规培学员虽然对其已经具有一定的理论知识，但多是基于正常的解剖结构，面对单一的影像学检查等资料，难以将二维图像转化为三维立体图形进行理解掌握，因此CBL仍只能停留在带教老师单方面讲解，学员死记硬背的层面，难以实现理想效果。

借助3D打印技术，带教老师可以将二维的影像学资料转化为可触摸的、可拆解的三维立体模型，将病变部位、结构变异直观地表现在带教老师和学员面前，带教老师可以利用模型分解教学，直接演示手术过程，学员更可以直接看到组织结构，更深入地理解疾病的产生、发展，了解其解剖结构，还可以反复操作，对治疗过程有更个性化的认识，正好弥补CBL过程中病例资料单一的不足。3D打印技术的发展将为外科临床教学带来新的契机。当然，这项技术目前在教学方面的应用仍存在一定不足，例如器官周围的血管、神经、肌肉等组织无法同时打印，使得实际手术操作与模拟演练之间存在差别。此外，在尝试制作3D模型之前，必须考虑到一些现实因素，如制作技术、成本投入等，不过我们有理由相信3D打印技术未来在教育领域的应用将会随着这项技术的发展以及材料和打印机成本的降低而增加。

将3D打印技术与CBL进行结合，即在CBL教学的过程中，利用3D模型进行讲解、演示，学员能够通过分析病例回忆并运用自己所学知识，进行临床实践，在回答预留问题的时候，学员通过查阅相关文献，学习主动性提高，同时能够通过3D模型对一些较为抽象的概念形成具体的理解，对一些较为复杂的疾病形成较为直观的认识。3D打印技术与CBL联合教学模式有利于帮助加深学员对外科疾病的认识和理解，使外科教学更生动、更形象，适合在外科临床教学工作中应用，但现阶段仍需要在实践中不断探索，使之成为一种成熟、科学、有效的教学模式。

参考文献：

[1] Mitsouras D， Liacouras P， Imanzadeh A， et al. Medical3D printing for the radiologist. Radio Graphics 2015;35（7）：19，65–1988.

[2] Matsumoto JS， Morris JM， Foley TA， et al. Threedime-nsional physical modeling： applications and experience at Mayo Clinic. Radio Graphics 2015;35（7）：1989–2006.

[3] 黄帅，黄彦，范子文，廖壮文，赵玉，陈斌伟，陈灿伟，刘圣曜.案例教学法结合3D打印技术在骨外科临床教学中的应用[J].现代医院，2018，18（12）：1740-1742+1745.

[4] 蓝常贡，唐毓金，龙丽珍，谢克恭，潘征，谈玉萍.器官系统模式下的案例教学法在外科教学中的应用[J].高校医学教学研究（电子版），2016，6（01）：43-47.

[5] 李稻，韩玉慧，蒋益，等.医学基础教育中PBL和CBL2种教学模式的实践与体会[J]. 中国病理生理杂志，2009，25（11）：2260.

[6] Hansen E，Marmor M， Matityahu A. Impact of a threedimensional“hands-on” anatomic teaching module on acetabularfracture pattern recognition by orthopaedic residents.J Bone Joint Surg Am 2012;94（23）：e1771–e1777.

[7] 唐永超，周騰鹏，杨志东，张顺聪，梁德，郭丹青，崔健超，李永贤，李大星.浅谈PCE三联合教学法在外科临床带教中的应用[J].继续医学教育，2018，32（10）：39-41.