张 明，吴 媛，姚 丽，王睿智，常 建

西安交通大学第二附属医院：1 神经外科；2 重症医学科；3 神经内科，西安 710004

2017年，国务院办公厅印发《关于深化医教协同进一步推进医学教育改革与发展的意见》[1]，对高素质医学人才培养提出了更高要求，其中重点强调要全面提升人才培养质量，强化医学生质量短板的临床能力培养。但由于医疗中患者的保护性原则及外科无菌等要求，学生不能直接获取外科经验，这在神经外科专科学习中表现尤为突出，尤其是颅底及颅颈交界区疾病，因同时涉及骨、血管等结构，学生往往在短期学习中难以领会和掌握该区域疾病的特点。

典型病例数据库是以病例为中心(case-based lea-rning，CBL)[2]的临床教学方法，教师在其中扮演引导角色，充分发挥学生的主观能动性，着力培育学生独立的临床思辨能力[3]。3D打印技术的出现极大地改善了临床医师对某些特定区域疾病的学习曲线[4-5]。西安交通大学第二附属医院神经外科将3D打印技术、三维动画模拟等与医院PACS影像系统相互结合，应用于颅底肿瘤、颅颈Chiari畸形等复杂疾病的诊疗中，建立了典型临床病例库，取得了良好效果。将该技术应用于神经外科临床教学，明显提高了学生及低年资住院医师的学习兴趣及教学效果，现报道如下。

1 对象与方法

1.1 典型病例数据库的建立

根据神经外科教学大纲要求，结合临床教学实际，确定病例数据库所需的主要疾病。神经外科典型病例由具有丰富临床带教经验的主治医师以上教师在临床及教学实践中选择，制定采集病例内容提纲，主要以问诊及查体为主，并在高年资带教医师带领下，按照采集提纲进行病史采集、查体并详细记录，完成大病历；对于典型特点的临床症状，在患者及家属允许并知情同意下，采集相关照片；对于有典型特点的临床体征可进行录像予以保存。所有患者入院后均在西安交通大学第二附属医院影像科进行薄层CT及MRI扫描，均采取仰面平卧位，扫描完整颅底及颅颈交界区，利用影像工作站的PACS系统，将CT及MRI影像资料存为DICOM格式，在工作站导出数据并进行三维重建。

1.2 3D打印制作等比模型

采取区域剪切及滤波法对DICOM格式的图像数据进行二维预处理，通过切片插值、图像分割及切片重组的方法对图像进行三维预处理，采用移动立方体法建立三维模型，并通过三维物体表面法向量显示三维模型。根据材料累加概念及叠层制造方法，将目标数据导入计算机，依据目标物体的CAD模型数据，通过数字化成型技术将材料精准堆积并制造等大目标物体，全自动化电脑系统可快速将目标物体转化为物理实验模型，进一步在3D打印机上直接制造出与原物体外形、结构相同的、具有复杂空间结构的3D模型。图1所示就是利用该技术在术前打印出比例、大小相等、解剖细节清晰的全颅底及颅颈交界区3D模型。

图1 一例颅颈交界区畸形患者术前CT薄层扫描、三维重建、3D打印实物对比

1.3 教学对象及教学方式

1.3.1教学对象选择2017年1月—12月在神经外科进行规范化培训的住院医师共40人为教学对象，随机分为3D打印情景教学组22人和传统教学组18人。两组医师在年龄、性别、课程内容等方面无统计学差异，带教教师均为具有教学资格的神经外科高年资教师。

1.3.2教学方式

·传统教学组传统教学组以教师为主导，采用小课讲授结合临床教学查房方式进行，授课教师及教学组长根据教学大纲要求选择具有教学意义的临床病例，提前制作教案及多媒体课件，单次小课授课时间为4个学时，前3个学时在多媒体示教室内以投影展示多媒体课件，同时，结合知识点以教师讲解为主，最后1个学时选择典型临床病例进行教学查房。

·3D打印情景教学组①3D打印情景教学组根据教学内容在典型病例数据库中检索具有完整内容的典型病例，由学生对典型病例的病史、神经系统阳性体征等进行总结、分析，根据典型病例患者术前实验室检查、影像学结果等进行影像阅片，小组讨论诊断、鉴别诊断、病变位置、大小、形态等，初步拟定手术方式。②制作并利用3D打印模型进行手术入路的模拟、方向方位的观察，并结合影像学资料进行病变及其周围结构变化的讨论，形成三维立体化临床思维[6]。利用典型病例进行3D打印的模型，学生可直观了解颅底、颅颈交界区等模型制作区域的解剖结构[7]，并比对影像学的矢状位、冠状位及水平位等，小组讨论并进行病变区域的三维立体定位，提出手术可能的入路选择，讨论术中步骤及过程，例如：需进行内固定，如何选择合适的位置及方向，明确病变周围神经、血管、脑脊髓组织分布及潜在风险。③教学阶段结束后，由教学组长根据教学大纲划定病种，再次从典型病例库中抽取一定数量的病例，学生提出问题，带教教师进行适时引导、纠正及点评。

1.4 教学效果评价

临床教学结束时，教学组长根据神经外科住院医师规范化培训大纲中的内容，对所有教学对象进行临床理论和临床实践技能考核。临床理论考核内容包括神经外科典型疾病的临床症状、影像学特点及围手术期处理等，临床实践技能考核包括典型病例的诊断及鉴别诊断、影像阅片及手术入路选择等。另外，在出科前对3D打印情景教学组进行不记名问卷调查，调查内容包括：对情景教学方式满意度、增加学习兴趣程度、提高空间思维能力满意度以及能否提高对临床知识的理解等[8]。

1.5 统计学分析

2 结果

传统教学组的性别、年龄与3D打印情景教学组比较，差异无统计学意义(P>0.05)；两组医师的临床理论、临床实践技能考核组间比较，差异具有统计学意义(P<0.05)，3D打印情景教学组的考核成绩明显优于传统教学组(如表1所示)。

表1 传统教学组与3D打印情景教学组一般资料及考核情况

3D打印情景教学组不记名问卷调查结果表明，大多数学生认为3D打印情景教学模式可有效提高自身的空间思维能力，有助于培养学习兴趣。具体调查结果(如表2所示)。

表2 3D打印情景教学组问卷调查(n=22)n(%)

调查问卷内容 满意一般不满意对该组教学方式的满意度19(86.36)3(13.64)0(0.00)提高空间思维能力21(95.45)1(4.55)0(0.00)增加学习兴趣17(77.27)4(18.18)1(4.55)加深临床理论理解16(72.73)4(18.18)2(9.09)

3 讨论

3.1 传统教学模式的弊端

传统临床医学教学中以大课讲解、小课见习为主，学生多接触的是PPT、影像阅片、临床教学查房，而缺乏对具体外科疾病的理解与认识，在学习中主动性较差，课堂内容也显得抽象和枯燥。例如：在神经外科颅脑肿瘤一章进行授课时，常规讲解的是流行病学、临床特点、专科查体检查、鉴别诊断、实验室检查、影像学分析、手术方式等，这种教学模式易使学生失去学习兴趣，甚至对该学科产生厌倦。虽然，目前有的医学院引入了问题导向式学习(problem-based learning，PBL)教学模式[9]，改善了“以教为主”的教师主导性学习模式，在临床诊疗思维训练中起到了积极引导作用，但学生在接触神经外科专科疾病时仍因三维立体思维欠缺等原因导致在临床学习时，观察疾病影像学表现与病变具体定位脱离，而此时如辅助以3D打印模型、影像三维动画、典型体征及手术视频等情景教学，学生势必饶有兴致，可大大提高学生的学习兴趣，有利于培养学生在临床诊治时的发散思维及横向、纵向全面思维，并及时更新医学知识及理念。

3.2 3D打印情景教学典型病例库在神经外科专科学习中的作用

典型病例数据库的建立采用动态开放式模式，要求带教教师在临床工作中进行筛选、收集适当病例，并做好患者及家属的知情同意，经科内教改小组每3～4个月进行讨论，根据教学反馈去除不合规或差评病例，增加新的合适病例，最后形成病种齐全、分类合理、临床资料详实并满足临床教学需求的典型病例数据库。这样不仅有效提高青年教师的教学意识、教学规范，而且还能提高本科室的规范化诊疗水平，有助于青年医师教师队伍的成长。例如：在Chairi畸形患者的临床情景教学中，采用视频资料展现患者的体格检查情况，使学生第一视角获得临床病例信息，对比学生既往在同一病种病史采集以及神经系统查体中可能出现的遗漏或不规范问题，及时发现问题，学生通过独立查询文献、归纳总结、积极发言等，锻炼自身的自主学习能力和互动沟通能力。

随着3D打印技术、医学影像、计算机辅助制造以及快速成型等高新技术领域的发展成熟和进步，该院神经外科在此基础上建立独特的数字化神经外科手术新方法，并将其应用于临床，大大提高了神经外科手术的精确性和安全性。在临床情景教学中引入3D打印模型，通过前期对神经外科疾病病史、查体及影像学学习和总结后，利用1∶1等比3D打印模型重新建立供学生在课堂中使用的情景诊疗模式。3D打印模型具有物理学韧度，在神经外科显微训练平台中可供学生进行手术模拟操作，可有效提高学生对手术的兴趣以及对立体空间结构的理解。通过术前对手术步骤的模拟训练，在术中更为直观地理解手术过程，了解局部解剖结构及空间定位。通过课程讲解、模拟训练及手术观摩、助手参与等学习过程，再次通过典型病例进行回顾性分析、总结[7]，利用3D打印模型进行小组间的讨论病例解剖结构、术中遇到的问题等方式，提高对颅底及颅颈交界区疾病的认知[6]，以实现从书本概念到临床实践的跨越[10]。

3.3 3D打印情景教学病例数据库在临床专科医师培养中的启示

现代神经外科亚专业分类越来越精细，显微神经外科辅助设备快速发展，随着现代外科对病患的保护、无菌等要求越来越高，低年资住院医师在外科手术中的训练机会却越来越少[11]。因此，建立以3D打印为基础的典型病例数据库显得尤为重要。典型病例数据库不仅能够提供情景教学所需要的病例资料，如病史、体格检查、影像学阅片，而且能通过MIMICS软件实现颅底及颅颈交界区骨质、血管等三维重建，用SO-LIDWORK软件实现模拟局部内固定，将教学方法数字化，建立3D打印数字化模型，结合影像学三维动画供学生直观感受病变位置、范围、手术方式，并鼓励学生进行小组间的相互讨论，提高学习积极性，通过反复模拟手术训练并改进术中可能遇到的难题，以获得传统教学无法获得的宝贵经验。学生通过视频、等比大小3D打印模型实物等将原先二维影像重新在实际操作中建立为三维影像，获得最大量的手术信息[12]。模拟手术训练既需要包含局部解剖学细节，还应便于在计算工作站中进行目标物的制作[13]。而3D打印技术将模拟训练变为基于现实等比模型的手术训练，不同组织器官可通过不同3D打印机进行打印，同时，可构建个体化的3D打印模型，依据材料的不同而具有不同的触觉感受。

综上所述，基于3D打印技术辅助的典型神经外科病例数据库在临床情景教学中的应用可极大提高学生的学习兴趣及学习效率，较好地培养学生的三维立体理念，并结合临床影像学较快领会颅底及颅颈交界区病变位置、形态、入路选择等，同时，可激发教师的积极性及投入性，对教学效果产生积极影响。因此，基于3D打印的典型病例数据库情景式教学模式值得在临床教学中推广、应用，激发并形成学生在此开放式平台过程中的交互式学习、探索式学习及合作式学习新概念[14]。