3D打印技術(shù)醫(yī)學(xué)教育實(shí)踐應(yīng)用研究.docx

1、3D打印是近年來(lái)新興的制造技術(shù)，它以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ),康造成的損害們。3D打印模型可以應(yīng)用于臨床課程的教學(xué)并帶耒良3D打印技術(shù)醫(yī)學(xué)教育實(shí)踐應(yīng)用研究醫(yī)學(xué)理論知識(shí)學(xué)習(xí)與實(shí)踐技能培訓(xùn)是高等醫(yī)學(xué)教育培養(yǎng)合格畢 業(yè)生的重要途徑。2022年6月關(guān)于醫(yī)教協(xié)同深化臨床醫(yī)學(xué)人才培 養(yǎng)改革的意見(jiàn)當(dāng)中巳經(jīng)提出要''全面建立以'5+3'為主體的具有 中國(guó)特色的醫(yī)學(xué)人才培養(yǎng)體系"1。因此，如何提高我國(guó)高等醫(yī)學(xué) 教育水平，培養(yǎng)創(chuàng)新型、技能型、應(yīng)用型等角合人才，是亟待雄決的 關(guān)鈾問(wèn)題。作為研究人類(lèi)健廉與疾病的學(xué)科，醫(yī)學(xué)教育教學(xué)過(guò)程中教 學(xué)標(biāo)本或模型是必不可少的。然而隨若現(xiàn)代社會(huì)的

2、發(fā)展，尤其是倫理 與成本等因素的限制，可供醫(yī)學(xué)教學(xué)使用的大體標(biāo)本焦來(lái)越少，經(jīng)學(xué) 生解剖練習(xí)過(guò)后的大體標(biāo)本也無(wú)法重復(fù)使用。另外，傳統(tǒng)的教學(xué)模型 也同樣存在種類(lèi)不全、制作死板、結(jié)構(gòu)暴露不清的問(wèn)顧，致使教學(xué)效 果大打折扣，嚴(yán)重影響教學(xué)水平的投高2。13D打印概述采用金屬、高分子塑料、光敏聚合物甚至生物細(xì)胞等可粘合材料，通 過(guò)逐層堆積的方式快速構(gòu)建3D立體模型。從1986年CharlesW. Hull 開(kāi)發(fā)了第一臺(tái)商業(yè)3D打印機(jī)以來(lái)3,人們可以通過(guò)3D打印機(jī)方便 地生產(chǎn)各種結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生產(chǎn)殖度大并且沒(méi)有大規(guī)模生產(chǎn)需要的產(chǎn)品， 這種特性使得3D打印技術(shù)在包括醫(yī)學(xué)教育等諸多領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng) 用。23D打印教

3、學(xué)模型利用CT、MRI獲得的真實(shí)人體掃描數(shù)據(jù)，通過(guò)3D打印技術(shù)可制 作出人體任意部位高精度3D模型，無(wú)論是正常人體結(jié)構(gòu)還是病理解 剖模型都可以通過(guò)影像資料輕松獲取，并將這種高精度的3D模型應(yīng) 用在醫(yī)學(xué)教學(xué)當(dāng)中。這不僅能使學(xué)生更加直觀地了解到人體各部位的 細(xì)微緒構(gòu)和位置關(guān)系，還能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，促進(jìn)學(xué)生從被 動(dòng)記憶型向思考型和創(chuàng)新型改變，并且避免了標(biāo)本中甲醛液對(duì)師生健 好的效果。KahHeng等5對(duì)比了分別使用心血管尸體標(biāo)本材料、3D 打印模型和尸體標(biāo)本和3D打印模型結(jié)合使用進(jìn)行心血管部位解剖自 我指導(dǎo)學(xué)習(xí)的效果，測(cè)試結(jié)果顯示使用3D打印模型的小組測(cè)試得分 顯著高于尸體標(biāo)本組和兩種結(jié)合使

4、用的小組，表明3D打印模型代替 傳統(tǒng)標(biāo)本會(huì)給解剖學(xué)學(xué)習(xí)帶來(lái)一定的益處。而在實(shí)踐技能操作中，學(xué) 生借助3D打印的操作模型，不僅可以了解到操作部位的解剖結(jié)構(gòu)與 位置關(guān)系，還可以進(jìn)行實(shí)際操作練習(xí)，有效提高學(xué)習(xí)效率。Jelliffe 等6編寫(xiě)了正常和后凸脊柱患者的胸部CT掃描數(shù)據(jù)，并從中分割出 胸椎，生成并打印脊柱的3D模型，然后把它放在裝滿了不同類(lèi)型的 硅膠的特制盒子內(nèi)，以模仿人體組織，制成人體脊椎仿真操作模型。 14名受試醫(yī)生在使用此模型進(jìn)行胸部硬膜外穿刺培訓(xùn)后，對(duì)模型在 觸診兢突、針頭穿過(guò)硅膠時(shí)的真實(shí)感和超蘆波逼真度給予高度的評(píng)價(jià)。 Goudie等7使用3D打印制作的心血管模型，對(duì)受試學(xué)生進(jìn)行了

5、插 入導(dǎo)絲和支架操作的現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)，通過(guò)對(duì)30名參與學(xué)生反憒結(jié)果的評(píng) 估，認(rèn)可了將3D打印心血管模型作為模擬操作模型的培訓(xùn)效果。從 以上研究可以看出，將3D打印模型應(yīng)用于醫(yī)學(xué)教學(xué)過(guò)程中的實(shí)用性 和數(shù)果都是毋庸置疑的。同時(shí)，目前3D打印機(jī)的價(jià)格巳經(jīng)大幅下降， 而且國(guó)內(nèi)也有大批3D打印機(jī)的生產(chǎn)商，可以方便地購(gòu)買(mǎi)到經(jīng)濟(jì)實(shí)惠 且能滿足教學(xué)需求的3D打印機(jī)。另外，隨著技術(shù)的發(fā)展，3D打印所 消耗的時(shí)間也大幅堵短8。因此，將3D打印技術(shù)制作的高精度、高 仿真敢教學(xué)模型廣泛應(yīng)用在日常教學(xué)中的也是可行的。33D打印結(jié)合新型教學(xué)法目前的醫(yī)學(xué)教學(xué)已經(jīng)開(kāi)始嘗試各種不同的教學(xué)模式，通過(guò)3D打 印制作的教學(xué)模型不僅應(yīng)用在傳

6、統(tǒng)的教學(xué)方式，其高度的仿真性和個(gè) 性化的特性也使3D打印模型可以與其他各種教學(xué)模式相結(jié)合，從而 獲得更好的教學(xué)效果。目前已經(jīng)有研究開(kāi)始嘗試將3D打印技術(shù)與PBL CBL等教學(xué)模式甚至多種方法聯(lián)合應(yīng)用于醫(yī)學(xué)教學(xué)當(dāng)中。3. 13D打印技術(shù)聯(lián)合PBL模式基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)(problembasedlearning, PBL)教學(xué)模式是以 問(wèn)題為基礎(chǔ)，學(xué)生為主體，老師為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)方式?；趩?wèn)題的學(xué)習(xí) 教學(xué)模式中，老師圍繞相關(guān)疾病的診斷、治療等要點(diǎn)提出相應(yīng)問(wèn)題， 由學(xué)生帶著問(wèn)題自主編寫(xiě)相關(guān)資料。另外，學(xué)生也可由老師的指導(dǎo)下 成立小組進(jìn)行討論，基于問(wèn)題進(jìn)行學(xué)習(xí)、討論相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。PBL教學(xué) 模式可顯著提升學(xué)生自

7、主學(xué)習(xí)的熱情，并且引導(dǎo)、簾助學(xué)生更加牢靠 的掌握專(zhuān)業(yè)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)颶和解決問(wèn)題的能力9。然而這 種教學(xué)模式仍存在不足，一旦學(xué)生對(duì)所講疾病認(rèn)知不足，就會(huì)使得其 缺乏討論興趣10。而人體與疾病的復(fù)雜性使得學(xué)生很難通過(guò)二維的 平面資料完全+握疾病的特點(diǎn)。鄭11等研究顯示，將3D打印模型 聯(lián)合PBL的教學(xué)方法應(yīng)用于腫殖外科住院醫(yī)師規(guī)范化培訓(xùn)的臨床教 學(xué)中.經(jīng)過(guò)3個(gè)月的學(xué)習(xí)，3D打印結(jié)合PBI.法可實(shí)現(xiàn)包括執(zhí)業(yè)真題 成績(jī)、出科理論和前沿知識(shí)等理論成績(jī)的明顯提高，并且學(xué)生滿意度 也明顯高于對(duì)照。另外一項(xiàng)研究顯示，使用3D打印模型結(jié)合PBL教 學(xué)紐學(xué)生教學(xué)吸引力、知識(shí)掌握程度、知識(shí)理解深度、思考啟發(fā)力

8、、 總體滿意度5項(xiàng)評(píng)分均高于傳統(tǒng)教學(xué)組12。3. 23D打印技術(shù)聯(lián)合CBL模式基于案例的學(xué)習(xí)(casebased learning, CBI.)教學(xué)模式是以臨床 案例為基礎(chǔ)，通過(guò)設(shè)計(jì)相關(guān)問(wèn)題來(lái)引導(dǎo)學(xué)生以案例問(wèn)題為中心展開(kāi)討 論的一種小組討論式教學(xué)法。美國(guó)神經(jīng)學(xué)教授Barrow在1986年首次 會(huì)試將案例教學(xué)法引入醫(yī)學(xué)教學(xué)領(lǐng)域13。它通過(guò)病例引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行 分析和思考，避免了傳統(tǒng)灌輸式、填鴨式教學(xué)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生臨床分析能 力與解決問(wèn)題能力的提高。丁等14嘗試將3D打印技術(shù)與CBL教學(xué) 模式聯(lián)合應(yīng)用在先天性脊柱側(cè)彎的教學(xué)當(dāng)中，直觀的將畸形的脊柱站 構(gòu)特點(diǎn)呈現(xiàn)在學(xué)生面前，“化難為易"，通過(guò)與傳統(tǒng)

9、影像資料的對(duì)比， 不僅增進(jìn)了學(xué)生們疾病本身的了解，并且加深了學(xué)生對(duì)普柱解剖結(jié)構(gòu) 的認(rèn)知，提高了臨床閱片的能力。另一項(xiàng)研究顯示，3D打印技術(shù)+骨 盆移位計(jì)算軟件聯(lián)合應(yīng)用于骨盆復(fù)位教學(xué)中可使教學(xué)吸引力、認(rèn)識(shí)深 度、手術(shù)方案制定能力、操作熟練度、總體滿意度與實(shí)訓(xùn)考核等方面 教學(xué)效果獲得顯著捉高，并且極大減少年輕醫(yī)生學(xué)習(xí)周期，增強(qiáng)了受 訓(xùn)者對(duì)病情分析利術(shù)前計(jì)劃制定能力，提高了整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程的學(xué)習(xí)興 趣，增強(qiáng)自主力與自信心15。3. 33D打印技術(shù)聯(lián)合Sandw i ch教學(xué)法Sandwich教學(xué)法是一種“學(xué)習(xí)一實(shí)踐一學(xué)習(xí)"的教學(xué)模式。將 這種皴學(xué)方法應(yīng)用在臨床實(shí)踐教學(xué)中，能讓學(xué)生更好地參與課堂

10、，發(fā) 揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，提高課堂效率。但是，由于人體疾病解刮結(jié)構(gòu) 的復(fù)雜性，帶教老師無(wú)法將疾病的形態(tài)學(xué)表現(xiàn)直觀展示，顯著影響學(xué) 生對(duì)疾病的深入理解。杜團(tuán)隊(duì)將Sandwich教學(xué)法聯(lián)合3D打印技術(shù)應(yīng) 用于介入科見(jiàn)習(xí)醫(yī)生的臨床教學(xué)中，觀察組學(xué)生的臨床實(shí)踐成絨明顯 高于對(duì)照組學(xué)生,31)打印模型正好彌補(bǔ)了 Sandwich教學(xué)模式的不足， 有效提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興建，增強(qiáng)其學(xué)習(xí)欲望，提高學(xué)習(xí)效率。3.43D 打印技術(shù)聯(lián)合TBL模式篆于團(tuán)隊(duì)的學(xué)習(xí)(teambased learning, TBL) 殯式是以教師講授與學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作、小組討論相結(jié)合的新型教學(xué)模式 這種模式有助于促進(jìn)學(xué)習(xí)者的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神、注重人

11、的創(chuàng)造性、靈活 性。張宇團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)在將TBL教學(xué)法應(yīng)用在馬蹄形畸形的臨床教學(xué)中時(shí) 由于學(xué)生對(duì)蔬部解剖了解不透徹而仍感到教學(xué)內(nèi)容理制困席、缺乏感 性體驗(yàn)，于是團(tuán)隊(duì)將3D打印模型引用TBL教學(xué)過(guò)程中，顯著提高了 住院醫(yī)生馬踏足畸形診療的臨床教學(xué)藪果。3. 53D打印技術(shù)聯(lián)合多種 教學(xué)模式基于循證醫(yī)學(xué)的教學(xué)法(evidencebased 1 earning, EBL)教 學(xué)法是1992年由GordonGuyatt教授于1992年提出，這種教學(xué)方法 強(qiáng)調(diào)在臨床實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，依據(jù)循證醫(yī)學(xué)思路解決問(wèn)題。李等將 PBL與EBL教學(xué)聯(lián)合3D打印技術(shù)應(yīng)用在骨外科的臨床教學(xué)中，發(fā)現(xiàn) 學(xué)生在學(xué)習(xí)積極性、文獻(xiàn)檢索及分

12、析能力、臨床診治思維、分析解決 問(wèn)題能力方面的能力均有所提高。而另一項(xiàng)將PBI.+CBL教學(xué)模式緒合 3D打印技術(shù)應(yīng)用在呼吸系統(tǒng)疾病的教學(xué)中的研究顯示，3D打印技術(shù) 聯(lián)合PBL+CBL教學(xué)模式，加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)于理論知識(shí)的掌握程度，提高 了學(xué)習(xí)的積極性，拓展了學(xué)生臨床思維，加強(qiáng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作的能力。43D打印結(jié)合其他現(xiàn)代枝末虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(virtualreality, VR)是一項(xiàng)囊括計(jì)算機(jī)、電子 信息與仿真技術(shù)為一體的全新實(shí)用技術(shù)，其基本方式是通過(guò)計(jì)算機(jī)技 術(shù)模擬虛擬環(huán)境.從而實(shí)現(xiàn)環(huán)境沉浸感。目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也已經(jīng) 成為促進(jìn)教育發(fā)展的一種新型教育手段。楊等分析了應(yīng)用基于VR及 3D打印技術(shù)的解剖

13、病理仿真實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行級(jí)學(xué)的優(yōu)勢(shì)，將利用CT. MRI 等掃描獲得的影像學(xué)數(shù)字資料整合到VR互動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)或3D打印成具 體的實(shí)物，構(gòu)建解剖病理仿真實(shí)驗(yàn)室，不但能夠節(jié)省購(gòu)置、維護(hù)尸體 的費(fèi)用，讓學(xué)生不限場(chǎng)地和時(shí)間地在虛擬尸體標(biāo)本上反復(fù)操作，使學(xué) 生獲得良好的沉浸式體驗(yàn)，提高教學(xué)質(zhì)量和效率。高等嘗試將3D打 印技術(shù)及VR技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用在重度下肢畸形矯正的臨床教學(xué)中，結(jié)果 顯示，采用3D打印與VR虛擬模型等手段輔助教學(xué)的試驗(yàn)組在主觀問(wèn) 卷調(diào)查自我評(píng)價(jià)得分和臨床考核得分方面，均顯著優(yōu)于采用傳統(tǒng)教學(xué) 方法的對(duì)照組，說(shuō)明在傳統(tǒng)教學(xué)模式基礎(chǔ)上結(jié)合3D打印技術(shù)及VR虛 報(bào)演示，可以提高學(xué)生對(duì)復(fù)雜埼形特點(diǎn)的理解和對(duì)多段截骨技術(shù)的掌 握，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)的不足，具備更好的教學(xué)效果。53D打印醫(yī)學(xué)教育局限性目前，3D打印應(yīng)用于醫(yī)學(xué)教學(xué)仍存在一些問(wèn)題，如3D打印技術(shù) 材料學(xué)領(lǐng)域，包括材料過(guò)于單一、人體器官模型使用的鈦合金金禺粉 末成本高，以及3D打印技術(shù)普及速度相對(duì)緩慢等問(wèn)距,并且若使用 3D打印模型進(jìn)行教學(xué)，師生均需要一定的時(shí)間適應(yīng)這種新