管華清　徐明　楊同其　姜為民　楊惠林

摘要：目的：探討3維（D）打印技術(shù)在骨科臨床教學(xué)中的應(yīng)用。資料與方法：結(jié)合臨床醫(yī)學(xué)教學(xué)大綱，調(diào)取2012年1月到2014年6月典型骨科病例15例CT圖片進(jìn)行3D打印處理，制作骨骼三維立體模型，應(yīng)用于骨科臨床教學(xué)中。結(jié)果：3D打印技術(shù)制作的骨骼三維立體模型有助于加深醫(yī)學(xué)生骨科疾病理解，有助于培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生骨科臨床工作興趣。結(jié)論：3D打印技術(shù)制作在骨科臨床教學(xué)中具有良好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù)；臨床教學(xué)；骨科

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）14-0178-02

引言

3維（D）打印，即快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。3D打印技術(shù)出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代中期，實(shí)際上是利用光固化和紙層疊等技術(shù)的最新快速成型裝置。它與普通打印工作原理基本相同，打印機(jī)內(nèi)裝有液體或粉末等“打印材料”，與電腦連接后，通過(guò)電腦控制把“打印材料”一層層疊加起來(lái)，最終把計(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí)物。該技術(shù)在醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、教育、珠寶、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑、工程和施工、汽車(chē)，航空航天、地理信息系統(tǒng)、土木工程等領(lǐng)域都有所應(yīng)用。自2013年11月起，我們將3D打印技術(shù)應(yīng)用于骨科臨床教學(xué)中，取得了滿(mǎn)意的效果。

資料與方法

結(jié)合蘇州大學(xué)臨床七年制臨床醫(yī)學(xué)教學(xué)大綱，我們調(diào)取蘇州大學(xué)附屬第一醫(yī)院骨科數(shù)據(jù)庫(kù)資料中2012年1月到2014年6月典型骨科病例15例，提取患者相應(yīng)的德國(guó)西門(mén)子64排螺旋CT薄層平掃圖片（最薄層可達(dá)0.64MM），利用mimics 10.01軟件，制作成CAD文檔。導(dǎo)入蘇州大學(xué)骨科研究所的Solido SD300快速成型機(jī)，進(jìn)行3D打印處理。Solido SD300快速成型機(jī)將獨(dú)特的PVC工程塑料薄膜一片片地切割，疊置，平均9小時(shí)就可以把患者相應(yīng)的骨骼1∶1三維立體成形。

在《外科學(xué)》骨科部分的課教學(xué)中，比如《股骨頭骨骺滑脫》、《骨盆和髖臼骨折》這些章節(jié)，就一直是教學(xué)上的難點(diǎn)。需要掌握的知識(shí)點(diǎn)較多，內(nèi)容較抽象。我們?cè)趥鹘y(tǒng)的多媒體教學(xué)的基礎(chǔ)上，結(jié)合3D模型，加深學(xué)生對(duì)骨科疾病的認(rèn)識(shí)，取得了滿(mǎn)意的效果。

結(jié)果

在《股骨頭骨骺滑脫》章節(jié)的教學(xué)中，過(guò)去學(xué)生們對(duì)骨骺滑脫的位移、嚴(yán)重程度分級(jí)以及手術(shù)治療的方案、旋轉(zhuǎn)截骨矯形等知識(shí)點(diǎn)理解較慢。蘇州大學(xué)附屬第一醫(yī)院骨科數(shù)據(jù)庫(kù)中于2012年11月收錄了一例左側(cè)股骨頭骨骺滑脫的患者病例資料，于是我們提取患者相應(yīng)的術(shù)前德國(guó)西門(mén)子64排螺旋CT薄層平掃圖片導(dǎo)入蘇州大學(xué)骨科研究所的Solido SD300快速成型機(jī)，將患者術(shù)前的患側(cè)及健側(cè)髖臼及股骨近端全部打印制作1∶1等大的PVC三維立體模型，并將模型帶到課堂。以三維立體模型為核心，結(jié)合課本插圖、患者術(shù)前的X線(xiàn)片、CT平掃及三維冠矢狀、三維表面重建、MRI檢查，學(xué)生們對(duì)股骨頭骨骺滑脫的定義、病因、臨床及影像表現(xiàn)有了一定的了解。然后再通過(guò)三維立體模型的劃線(xiàn)模擬旋轉(zhuǎn)截骨、術(shù)中實(shí)況照片及術(shù)后的X線(xiàn)片、CT平掃及三維冠矢狀、三維表面重建，學(xué)生們對(duì)股骨頭骨骺滑脫的手術(shù)治療的方案、旋轉(zhuǎn)截骨矯形有了感性的認(rèn)識(shí)，取得了良好的教學(xué)效果。

比如《骨盆和髖臼骨折》這一章節(jié)，也一直是教學(xué)上的難點(diǎn)，同時(shí)也是骨科創(chuàng)傷治療的一個(gè)難題，其原因是髖臼解剖形態(tài)不規(guī)則，而且位置較深，骨折碎片移位復(fù)雜，學(xué)生們難以理解傳統(tǒng)的課堂教學(xué)內(nèi)容。同時(shí)傳統(tǒng)手術(shù)切口較大，手術(shù)中需要反復(fù)預(yù)彎柔性鋼板，耗時(shí)較長(zhǎng)，出血量增加，預(yù)彎過(guò)多可致金屬疲勞內(nèi)固定斷裂風(fēng)險(xiǎn)增加，固定螺釘?shù)男吞?hào)及置釘方向的選擇僅僅憑借X、CT片及術(shù)者的經(jīng)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)較大，易于損傷神經(jīng)、血管、膀胱直腸等盆腔內(nèi)重要臟器。3D打印模型的出現(xiàn)，使得上述問(wèn)題可以得到較為直觀(guān)的解決。3D打印模型的出現(xiàn)，讓醫(yī)學(xué)教學(xué)變得更加簡(jiǎn)單直接。對(duì)于手術(shù)路徑的選擇及細(xì)節(jié)問(wèn)題的處理更加面面俱到，術(shù)者信心增加，因?yàn)槭中g(shù)切口的變小、手術(shù)時(shí)間的縮短、骨折塊精確的復(fù)位，手術(shù)并發(fā)癥相應(yīng)減少，患者康復(fù)出院的時(shí)間縮短，使得患者直接受益。因此，2012年1月起，復(fù)雜髖臼骨折患者術(shù)前原則上都要制作3D骨和模型，既有利于臨床教學(xué)工作的開(kāi)展，也有利于患者的康復(fù)。

比如髖臼內(nèi)側(cè)壁的方形區(qū)骨折，不光醫(yī)學(xué)生，就是骨科臨床醫(yī)生也一直難于理解，往往將髖臼內(nèi)側(cè)壁的方形區(qū)骨折視為手術(shù)的禁區(qū)。在應(yīng)用3D打印模型制作后，髖臼內(nèi)側(cè)壁的方形區(qū)骨折就相應(yīng)容易理解了。如2014年5月，我們收治了一例髖臼內(nèi)側(cè)壁的方形區(qū)骨折病例男性，67歲，因外傷致左髖疼痛活動(dòng)受限2小時(shí)入院。查生命體征平穩(wěn)，左髖部略腫脹，左腹股溝廣泛壓痛，大轉(zhuǎn)子處叩擊痛，左下肢縱向叩擊痛，左髖主動(dòng)被動(dòng)活動(dòng)受限，左下肢末梢血運(yùn)、感覺(jué)可，無(wú)神經(jīng)功能受損表現(xiàn)。X片和CT示：左髖臼內(nèi)側(cè)壁的方形區(qū)骨折。我們將患者術(shù)前的患側(cè)髖臼打印制作1∶1等大的PVC三維立體模型，在立體模型上設(shè)計(jì)手術(shù)方案，并帶領(lǐng)實(shí)習(xí)同學(xué)骨科教學(xué)查房。針對(duì)既往同學(xué)反映的髖臼骨折難以理解的問(wèn)題，結(jié)合術(shù)中實(shí)況照片及術(shù)后的X線(xiàn)片、CT平掃及三維冠矢狀、三維表面重建，在短短幾分鐘時(shí)間內(nèi)，同學(xué)們對(duì)于髖臼骨折中的難點(diǎn)——髖臼內(nèi)側(cè)壁的方形區(qū)骨折一下子就有了形象的理解，并對(duì)手術(shù)方案選擇各抒已見(jiàn)。并通過(guò)對(duì)患者查體，對(duì)國(guó)際上較為新穎的髖臼骨折Stoppa入路有了形象的認(rèn)識(shí)和具體的理解。

討論

骨科臨床教學(xué)一直是醫(yī)學(xué)教學(xué)的難點(diǎn)，因?yàn)槭中g(shù)涉及眾多骨骼結(jié)構(gòu)，而諸多骨骼結(jié)構(gòu)又是不規(guī)則形，骨科疾病對(duì)醫(yī)學(xué)生的空間想象能力有一定的要求。以往結(jié)合課本插圖、患者的X線(xiàn)片、CT平掃及三維冠矢狀、三維表面重建、MRI檢查等，盡管內(nèi)容豐富，但缺乏立體直觀(guān)性，對(duì)于復(fù)雜的骨科疾病，如髖臼骨折就難以解釋清楚。而3D打印與骨科的有機(jī)結(jié)合，上述問(wèn)題迎刃而解。

3D打印是當(dāng)今世界最前沿科技之一，這項(xiàng)30年前脫胎于傳統(tǒng)成型制造的技術(shù)，在今天被眾多科學(xué)家與經(jīng)濟(jì)學(xué)家稱(chēng)為“人類(lèi)第三次工業(yè)革命的標(biāo)志之一”。endprint

3D打印機(jī)與普通打印機(jī)工作原理基本相同，只是打印材料有些不同。3D打印機(jī)內(nèi)裝有金屬、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是實(shí)實(shí)在在的原材料，打印機(jī)與電腦連接后，通過(guò)電腦控制可以把“打印材料”一層層疊加起來(lái)，最終把計(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí)物。

我們將3D打印技術(shù)應(yīng)用于骨科臨床教學(xué)，即3D打印模型，用于醫(yī)學(xué)教學(xué)、病例討論等，收到了滿(mǎn)意的效果，彌補(bǔ)了既往多媒體教學(xué)只能看圖，不能觸摸病例的缺點(diǎn)。既往單純X線(xiàn)片和CT的閱讀與理解需要學(xué)生具有良好的空間想象能力，簡(jiǎn)單骨科疾病如簡(jiǎn)單骨折等學(xué)生們還可以理解，復(fù)雜疾病如髖臼骨折、脊柱側(cè)彎等學(xué)生們往往很難理解，有了3D模型，問(wèn)題迎刃而解。過(guò)去醫(yī)學(xué)生即使觸摸標(biāo)本，也往往是正常人體骨骼標(biāo)本，無(wú)法接觸到患者病變的骨骼標(biāo)本，這對(duì)于臨床教學(xué)而言，是個(gè)很大的缺憾。但通過(guò)3D打印模型，學(xué)生們既可以看到患者的X線(xiàn)片、CT平掃及三維冠矢狀、三維表面重建、MRI檢查，更可以親手觸摸1∶1等大的患者骨骼標(biāo)本，親手參與設(shè)計(jì)手術(shù)方案，對(duì)于醫(yī)學(xué)生加深骨科疾病理解、培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生骨科臨床工作興趣起到了很大的正面作用。3D打印技術(shù)制作在骨科臨床教學(xué)中具有良好的應(yīng)用前景。

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