数字骨科技术在中医骨伤科教学中的应用

刘丽，张亚奇，邓博文，刘港，任敬佩，赵毅，穆晓红

(1.北京中医药大学，北京 100029；2.北京中医药大学东直门医院，北京 100700)

0 引言

数字骨科技术是数字信息技术与临床骨科的结合，涵盖3D打印、有限元分析、虚拟仿真技术、手术机器人等诸多方面[1]，其在骨科的临床治疗及教学领域均有一定程度的应用。中医骨伤科学是一门实践性较强的临床学科，实践能力直接关系到学生对课程理解的深度。目前基础知识的传授主要通过二维平面的形式再现，授课缺乏立体和交互感，不能直观、动态展示组织结构的三维形态、空间毗邻关系[2]。手法整复为中医骨伤科特色治疗手段，具有简、便、验、廉的优势，“机触于外，巧生于内”[3]的特点，这种特殊性决定了其传统教学方式主要以口传身授为主，教学方法多局限在图文表述、视频演示、动作示范、病例观摩这几种形式，不能满足深层次、多方位的教学需求[4]。3D打印模型集解剖结构、诊断及治疗为一体，可在同一模型上实现知识的系统整合[5]。虚拟仿真系统可动态模拟真实诊疗场景，提供智能交互的仿真训练平台[6]。本研究依托国家虚拟仿真实验教学平台，构建并优化桡骨远端骨折的教学场景模型，借助3D打印技术、虚拟仿真技术辅助教学，并对其教学效果进行评价分析。

1 资料与方法

1.1 教学对象

本研究选取在北京中医药大学东直门医院骨科中心参加住院医师规范化培训的2019级中医专业学位硕士研究生为研究对象。共纳入60人。采用数字表法分为实验组和对照组，每组各30人。各组实习医师的性别、年龄、规培轮转进度差异无统计学意义(表1)。

表1 两组实习医师的基线比较

1.2 教学方法

选取桡骨远端骨折章节为带教内容，从本院影像库中选取1例前臂CT扫描影像用于三维模型建模并进行3D打印。

教案设计：获得患者配合并进行临床查体。对照组依据患者病史、X线片影像资料开展临床教学，讲解桡骨远端骨折受伤机制、骨折特点、典型畸形表现、闭合复位中医手法整复操作步骤和技术要点。实验组在对照组基础上，结合3D打印骨折模型讲解桡骨远端骨折畸形特点，讲解桡骨远端骨折后掌倾角、尺偏角如何变化，在模型上展示每一步手法操作后骨折断端如何变化，确保骨折模型可反映手法复位过程。学生在虚拟仿真实验平台进行自主临床诊疗训练，模拟桡骨远端骨折接诊治疗及疗效评估的全过程，学生自主决策诊疗过程中出现的相关问题。

1.3 教学效果评估

规培轮转出科前，以主观问卷及临床考核形式对两组教学方式进行主客观评估。主观评估通过调查问卷方式，包括学习主动性、课程参与度、知识理解程度、学习效率改进共4项内容，每项满分10分。客观考核包括专业理论考核和实践技能操作共2项内容，每项满分为100分。

1.4 统计学方法

2 结果

主观评估和客观考核方面(表2、表3)，课程参与度、学习主动性、学习效率改进、知识理解程度，实验组评分明显优于对照组(P<0.001)；客观考核中理论考核和技能考核实验组得分分别高于对照组，差异有统计学意义(分别为P=0.001、P<0.001)。

表2 两组实习医师客观考核成绩比较分)

表3 两组实习医师主观评估成绩比较分)

3 讨论

手法治疗是骨伤科特色治疗手段，《医宗金鉴·正骨心法要旨》记载“夫手法者，谓以两手安置所伤之筋骨，使仍复于旧也。”手法的机理是医者通过一定的技巧动作使患者病变部位恢复到正常解剖位置，其法易学难精，正骨手法的“稳准敏捷、外柔内刚”，理筋手法的“轻柔透巧”[7]，要达到手法以上操作要点，需要较高学术造诣和较长的学习周期。中医手法实操是理论知识掌握程度、反馈知识信息、提高动手实训能力的重要环节，但受限于实训条件，比如练习素材成本高昂、针对性差以及师资力量等多因素的影响[8]，学生往往缺乏实操训练机会，导致实践动手能力差异性较大。同时，在实操课程考核方面，考核的时效性以及操作要素等缺乏客观参数标准，难以做到精确量化[9]。

解剖结构的正确辨别既是正确诊断的基础，也是进行手法操作的前提。熟练掌握解剖结构为手法学习实践打下坚实基础。3D打印又称快速成型，是一种以数字模型为基础，逐层打印出粉状金属、塑料、生物材料等其他黏着材料，堆积构建物体的技术，可直接由计算机辅助设计模型制成三维实体，可制造出复杂形状和结构的物体。利用3D打印可复制病人骨折部位的解剖结构，可使学生直观理解病变部位的解剖学改变[10]。虚拟仿真技术是一种借助计算机、电子、图像、传感器、多媒体、仿真等多种技术的全新人机交互手段。它可在多维信息空间构建虚拟场景，让学生身临其境并模拟现实进行交互，在临床教学方面充分发挥其沉浸感强和交互性明显的优势[11-12]。虚拟仿真教学通过创建虚拟的世界，实习医师学习时有真实和高度互动的操作体验，其参与度、学习兴趣度及自主学习能力均有很大提升。虚拟现实仿真教学无需专家培训教师指导，在一定程度上可以做到教育教学同质化。

4 结论

3D打印的桡骨远端骨折模型联合虚拟仿真实验平台直观立体地向学生展示了整个手法复位过程，展示骨折后局部解剖结构如何改变，每一步手法操作如何对骨折断端施加影响，使解剖结构立体化，损伤病变可视化，化抽象为直观，使得繁琐的复位过程简洁明了，减少了学生的学习难度，提升了学习兴趣，优化了既往“口传身授”的理论教学模式，极大调动了学生学习的积极性，增强了自主学习能力，缩短了学习周期。虚拟现实仿真再现了病人发病过程、症状产生及医师接诊全过程，将复杂分散的知识点整合为系统的知识体系，进而培养学生构建具有综合性认知和逻辑性思考的临床诊疗思维，同时也解决了实践操作训练中存在的高风险环境、练习素材等问题，提高了正骨手法的教学效果，增加了实践训练机会，实现学生敢做、会做到做好的实践操作能力的提升。

北京中医药大学东直门医院为清宫正骨流派传承基地。清宫正骨流派传承人刘寿山(1904—1980)先生于1959年东直门医院创办骨伤科[13]，团队在发扬流派诊疗技术的同时更应注重手法传承。2021年北京中医药大学开设中医骨伤专业本科班，搭建以数字技术为辅助的教学平台，构筑一套符合中医骨伤科教学发展规律、全面开发学生创新能力、提高动手能力的教学模式，对于提升规培带教质量及培养本科生临床诊疗思维均具有重要意义。