郝万静，万 永，牟怡平，王瑞涛，马 锋，刘 昌

西安交通大学第一附属医院， 西安 710061

腹部外科涉及的人体脏器数量多、解剖结构及功能复杂、病变多发且危急重症多见，学生理解掌握周期长、教学难度较大。影像学检查的二维图像的学习需要长期的经验积累。而三维重建及3D打印技术则可以将抽象的二维图像转化为三维图像，进而制作出3D打印实体模型，有助于学生快速理解所学知识，缩短学习周期。我们尝试将三维重建及3D打印技术应用于临床教学中，显著降低了受教对象对影像资料的理解难度，缩短了学习周期，实现了教学模式革新及质量的提升。

1 对象和方法

1.1 研究对象

选取西安交通大学医学部2015级和2016级外科学生为研究对象，2015级为对照组(n=50)，2016级为实验组(n=50)，两组学生在性别、年龄方面无显著差异。对照组采用传统的教学培训模式，实验组采用三维重建及3D打印辅助教学模式。

1.2 方法

1.2.1三维重建及3D打印选择典型的腹部外科病例，肝癌9例、肝包虫4例、胰头癌4例、腹膜后肿瘤3例，以及收集该病例的影像学资料(CT、MRCP、介入下血管3D成像及PTCD造影后CT数据)后重建三维立体模型，使用Mimics平台，将DICOM数据导入后进行三维重建。将电子版3D-PDF数据在电脑上保存，借助外科梦工厂条件，完成3D打印模型。

1.2.2教学过程对照组采用传统方式，主要以文字及图片结合PPT课件进行教学；实验组应用三维重建的影像资料及3D立体模型，结合患者术前检查化验，学生自行讨论病变的特点、拟定手术方案；带教教师利用3D打印模型进行讲解，结合三维重建的影像资料，再次讨论，使学生深入思考，发现问题并提出解决办法，进而掌握腹部疾病的解剖特点、手术方式、预期效果。图1为肝包虫病术前实施应用对手术的指导作用示例。

图1 典型病例肝包虫病的三维重建临床实施应用示例

1.3 教学评价

1.3.1教学效果调查向两组学生发放教学效果调查表，内容包括：学习兴趣、理论理解、记忆效果、知识点掌握4个问题，并设置较好和一般两个选项。通过学生反馈的实际情况确定教学效果。

1.3.2考核带教结束后对学生进行统一考核，包括临床理论考核和临床实践考核。临床理论考核包括相关疾病的临床表现、影像学检查及手术方式等；临床实践考核包括影像阅片、初步手术方案及病例分析。理论考核采用传统试卷笔试方法；临床实践考核由教师根据学生现场实践给出成绩。临床理论考核和临床实践考核均采用百分制。

1.4 统计学方法

应用SPSS 19.0软件进行统计学分析，计数资料采用[n(%)]表示，组间比较采用χ2检验；计量资料采用 表示，组间比较采用t检验，以P<0.05为差异有统计学意义。问卷信度采用克朗巴哈系数法(Cranbach's a系数)进行信度测试，研究者根据30名调查对象的结果测试出问卷信度，Cronbach's alpha系数为0.912，说明调查问卷的可信度高。

2 结果

2.1 教学效果调查

该次共发放问卷100份，回收100份，回收率100%。统计分析结果显示：对照组和实验组相比，学习兴趣、理论理解、记忆效果、知识点掌握的调查内容差异均具有统计学意义(P<0.05)，如表1所示。

2.2 考核结果

实验组临床理论考核成绩和临床实践考核成绩分别为(96.23±3.35)分、(94.86±1.22)分，对照组临床理论考核成绩和临床实践考核成绩分别为(82.73±3.62)分、(84.55±3.74)分。统计分析结果显示，实验组和对照组的成绩差异均具有统计学意义(P<0.05)，如表2所示。

表1 两组培训效果反馈调查结果对比(n=50)

表2 两组临床理论考核和临床实践考核考核成绩对比(n=50)

3 讨论

腹部外科涉及肝、胆、胰、脾等主要脏器的手术干预，涉及血液循环、消化、淋巴、免疫等系统，包含主要脏器及系统的炎症、外伤、畸形、肿瘤等病变，具有涉及系统广、脏器数量多、解剖结构及功能复杂、病变多发且危急重症多见等特点[1]，对专科医师水平及能力要求较高，培养周期相对较长，临床带教需要结合典型病例特点深入分析，难度较大[2-3]。腹部疾患外科干预的关键在于术前评估准备，二维图像的准确理解需要长期的训练和经验积累，而转化为三维立体模拟影像及3D打印模型后不仅为手术准备提供了有力的帮助[4]，也可以降低理解难度，更易掌握，而相关成果在临床带教中的应用尚处于探索阶段。现有的解剖学知识和数据是将人体剖开后观察和测量得来的，常规的教学手段，如书本和插图教学等都有局限性[5]。而三维重建及3D打印模型技术作为在外科领域尝试运用的新技术，既推动了外科技术发展，也革新了外科医师的培养模式[6-8]。

三维重建及3D打印技术具有个性化、精准化、远程化等优点，已应用于骨外科、神经外科、整形外科等领域[9]，包括辅助外科手术方案制定、术前演练、打印个性化医疗器械、组织工程的应用、医学教育和基础研究等[10]。其在腹部外科应用主要为辅助教学及手术方案制定：采用树脂类物质制造出器官模型，使应用者容易突破二维空间的思维束缚，预见术中情形，制定手术路径和程序并预演手术，贴近真实，易于理解掌握，效果优于传统方法[11]。

三维重建和3D打印技术在临床教学中的作用日益受到关注。张明[12]等研究了3D 打印互动教学在神经外科医师规范化培训中的应用，表明3D 打印互动教学组学生临床理论考核及临床实践技能考核成绩明显优于传统教学组；赵波[13]等研究了3D打印技术在脊柱外科手术教学和训练中的应用，表明接受3D打印技术的青年医师较以往接受传统方法的医师能在更短时间内掌握椎弓根螺钉的置入手术操作，失误率也更小；周悦[14]等将3D打印模型应用在胸心外科教学上，结果显示3D打印模式组在学习兴趣、解剖结构掌握、手术过程认识三个方面明显优于传统教学。以上研究与该研究的结果基本一致，说明三维重建和3D打印技术在腹部外科临床教学中应用的前景广阔。

目前，利用计算机系统将二维图像进行三维重建的技术日益成熟，依据三维重建的立体模拟影像实施的3D打印模型能准确再现病变的三维解剖结构、畸形特征及毗邻结构的空间关系，动态旋转观察、任意剖面显示的电子解剖示意，让应用者更快、更便捷地掌握病灶的解剖特点、外科干预的方案及诊治策略等。

该研究表明，三维重建及3D打印技术的应用能提高受教者的学习主动性和学习兴趣，加深形象理解，缩短学习周期，改善教学效果，提升教学效率[15-16]，未来会在基础教学及临床教学中发挥日益重要的作用。