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[摘 要] 目的：探索增材制造技术在关节镜手术PBL教学模式中的应用方法及效果。方法：选取西安交通大学第二附属医院骨科规范化培训学员24名，使用增材制造快速成型技术制作的膝关节实体模型，以PBL的教学模式进行术前讨论及手术训练，每组8个学时，结束后进行客观成绩考核与主观效果评价。结果：客观考核成绩平均42.8分，主观效果评价的多个指标均大幅提升。结论：结合了增材制造技术的PBL教学模式可大大提高关节镜手术的教学效果，提升学员对教学过程的满意度。
[关 键 词] 教学研究；增材制造；关节镜；规范化培训；PBL教学
[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2018）19-0096-02
随着人们健康生活意识的增强，各种健身运动的日益普及，伴随着运动而出现的损伤也越来越多，运动医学渐渐成为骨外科领域的一个重要分支。关节镜技术作为运动医学疾病诊断及治疗的重要手段，越来越受到人们的重视。然而，关节镜下的术野所见与常规的开放直视条件不同，缺乏与相邻组织结构的对比参照，操作技巧及手术方式均较难理解，培养一名合格的关节镜外科医师所需时间往往很长[1]。关节镜下的模型辅助训练教学系统可在一定程度上解决以上的矛盾，但因其价格昂贵且并非一次性耗材，难以普及，无法满足手术预演及模拟手术的需求，严重制约了运动医学关节镜外科的发展。近年来，我们应用增材制造技术，以关节镜下前交叉韧带（ACL）的重建手术为例，进行关节镜手术培训的教学探索，取得了一定的成绩。
一、研究对象和方法
（一）研究对象
选取2015年3月—2018年3月西安交通大学第二附属医院骨科规范化培训学员24人，其中男性21人，女性3人，年龄21～27岁（平均22.5岁），参加工作时间0～2年（平均0.8年），均接受结合应用了增材制造技术的标准PBL教学方法，分为6个批次序贯进行，每批次的总教学时长为8个学时，由拥有西安交通大学第二附属医院教学资质的高年资讲师授课。
（二）研究方法
1.课前準备：按规范化培训大纲要求，制作好包括病史、体检结果、X光片及CT、MRI等资料在内的PPT幻灯，以前交叉韧带断裂的基本表现、诊断及治疗为学习内容，采用标准化PBL教学模式，提前2天发给所有学员，自行查找工具书及文献，得出初步诊断，并提出手术方案及术中操作要点、注意事项。
2.模型制作：病房里选取典型的ACL断裂病例，将相应的薄层CT平扫图片（64排螺旋CT，西门子，德国），利用Mimocs 10.01软件，制作成CAD文档，导入我院骨科3D打印骨科平台Solido SD300快速成型系统，打印1∶1三维立体模型，同时准备相应的ACL重建工具及相应的替代植入物。
3.教学日共6个学时，以小组讨论的方式进行：（1）学员根据各自的自我学习结果，发表各自的见解，通过讨论形成统一意见。（2）教师根据小组讨论结果做出的诊断、并发症、处理原则以及最后的手术方案，纠正阅片中出现的错误或遗漏，补充更多的信息，学员之间进一步相互讨论。（3）再次形成统一意见后，教师对学员的答案进行反馈和评价，确定最后的诊断及治疗方案。（4）进阶环节：出示教室内使用3D打印的膝关节实物模型，研究手术方案及要点，提出骨道实施方案，使用重建手术工具行术前规划及手术预演，在教师指导下，在膝关节实物模型上尝试各种方案，确定最优方案，全体学员进行术后效果评估。（5）总结评估：教师针对病例进行系统性的分析，概括总结之前的预设问题，对学员提出的共性问题做出梳理解答，帮助学员掌握并巩固相应的知识。
4.手术日共2个学时，教师和学员一同进入手术室观摩，每次4人，观看相应病例的手术过程，针对其中的问题，教师进一步帮助解答。
（三）教学结果评价
1.客观效果评价：设计满分为50分的闭卷标准化考核试卷，针对ACL断裂的发病机理、诊断、手术要点等指标对学员进行考核，确定教学目标实现程度。
2.主观效果评价：设计15分钟的教学效果评分量表。该评分量表包含学习兴趣提升、学习效率提升、主动互动意愿提升、学习注意力提升以及团队合作能力提升这五方面教学效果提升主观评价指标，不记名方式填写。上述评价指标分为5档标准并予以赋分：无提升0分、轻度提升2分、一般提升3分、较大提升4分、极大提升5分。
客观考核及主观问卷依次进行，完毕后全部回收进行数据收集。
二、结果
（一）客观效果评价
闭卷标准化考核试卷发放24份，回收率100%且均为有效问卷。评价指标按照考核分数计算。结果显示学员平均考核成绩可达42.8分（39～47分）明显优于以前学员。
（二）主观效果评价
发放调查问卷24份，回收率100%且均为有效问卷。对学员的学习兴趣增加、学习效率提升、主动互动意愿提升、学习注意力提升以及团队合作能力提升这五方面教学效果提升的主观赋分予以统计，相比以前，均得到明显的提升。
三、讨论
关节镜技术因其微创、安全、直观的特性，被越来越多地应用于运动损伤疾病的诊断治疗中，但膝关节内解剖结构较为复杂，而镜下的视野相对局限，对手术部位周围的参照标志结构难以综合观察；关节镜手术采用微创入路，缺乏常规的手指触觉感知过程，学员很难将镜头捕获的二维图像转化为三维立体结构，从而对手术原理及操作技巧的理解带来困难[2]。国外教学机构及医院多采用新鲜尸体膝关节上Workshop模拟手术来进行关节镜医生的培养，或采用先进的关节镜模拟手术系统在教学模型上进行带教[3]。在我国，则因为传统观念的影响，新鲜尸体来源困难，无法提供足够的标本进行尸体模拟手术教学。而关节镜模拟手术系统则因为价格昂贵，且教学模型并非一次性使用，在大多机构无法推广。学员只有凭借手术图谱和术中观摩的机会进行学习，学习效率低下，学习曲线漫长。 增材制造技术又称为3D打印技术，近年来逐渐被广泛应用于医学领域的各个方面，骨科临床应用方面发展尤为迅速，它通过采集病例的CT等影像学资料，在计算机上进行数据加工，在快速成型机上精确复制出局部骨骼或关节的三维结构，将难以理解的二维图像转化为直观的三维实物，可重复性强，对一些复杂疾病的分型、术前规划及手术预演，优势明显，在术前可方便地预估手术效果，术中可通过实物比对、导板引导及3D打印内植物的应用方式，大大提高了骨盆骨折、脊柱畸形、复杂关节置换翻修等疾病的治疗效果，使3D打印技术得到了较为广泛的应用[4][5]。
在我们过去的临床实践里，应用这一技术进行了前交叉韧带重建手术导板的研制，可很好地實现手术的精准化和个体化，取得了初步的成果[6]。将这一技术尝试运用于PBL教学方面，是我们近年来在教学改革方面进行的探索，研究发现，将增材制造技术与PBL教学方法相结合，可很好地增加学员对原本感觉困难领域的学习兴趣，应用制备出的膝关节实物模型，可使复杂难懂的ACL重建原理及手术关注点得以直观精确的实物显示，学员更容易理解不规则表面上的骨道定位点的寻找技巧。在此基础上的实物膝模型上进行手术预演，可进一步加深对ACL重建术的理解程度，并通过模型上安装的韧带替代物，方便及时地评估比较不同方案的手术疗效，从而更快地形成自己的知识架构体系，极大地促进了临床思维能力和基本动手能力的培养，大大加强了PBL在骨科规范化培训教育中的优势。相比之前，可使学员在8个学时内很好地掌握关节镜下前交叉韧带重建术的基本要点和技巧，学习效率大大提升；学员之间的主动互动意愿提升，积极参与讨论并发表自己的意见；注重发挥团队合作能力，在客观效果测试中发现，知识掌握程度均达到优良。
这一方法也有其局限性，增材制造技术的应用需要一定的硬件平台，快速成型设备的普及率目前并不高，具备基本条件的单位较少。另外，相应的专门技术支持人才相对匮乏，而具有医学背景的熟练工程师是保证这一方法顺利开展的必要条件。当然，随着增材制造技术在医学领域应用的进一步普及，一旦将其应用到关节镜技术的临床教学实践中，便可更快更好地培养出合格的关节镜手术医生，可对运动医学的发展产生极大的推动作用。
参考文献：
[1]陈光兴，古凌川，王文斌，等.关节镜手术技术培训模式的探讨及应用[J].西北医学教育，2011，19（2）：432-434.
[2]李彬，沈鹏，白伦浩.肩关节镜技术专业型研究生培训方法初探[J].中国继续医学教育，2016，8（4）：9-10.
[3]李春宝，张静，刘洋，等.骨科关节镜影像数据采集及临床教学系统的构建[J].中国医学教育技术，2016，30（5）：538-541.
[4]李锋涛，王栋，程剑，等.3D打印结合PACS系统在骨科PBL临床教学模式中的应用[J].中国医学教育技术，2015，29（3）：288-290.
[5]张晨，李苗.3D打印模型引入PBL教学在骨科见习课中的应用[J].临床医学研究与实践，2016，1（6）：115-116.
[6]Ni J， Li D， Mao M， etc. A Method of Accurate Bone Tunnel Placement for Anterior Cruciate Ligament Reconstruction Based on 3-Dimensional Printing Technology[J].A Cadaveric Study.Arthro-scopy，2018 ，34（2）：546-556.
[关 键 词] 教学研究；增材制造；关节镜；规范化培训；PBL教学
[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2018）19-0096-02
随着人们健康生活意识的增强，各种健身运动的日益普及，伴随着运动而出现的损伤也越来越多，运动医学渐渐成为骨外科领域的一个重要分支。关节镜技术作为运动医学疾病诊断及治疗的重要手段，越来越受到人们的重视。然而，关节镜下的术野所见与常规的开放直视条件不同，缺乏与相邻组织结构的对比参照，操作技巧及手术方式均较难理解，培养一名合格的关节镜外科医师所需时间往往很长[1]。关节镜下的模型辅助训练教学系统可在一定程度上解决以上的矛盾，但因其价格昂贵且并非一次性耗材，难以普及，无法满足手术预演及模拟手术的需求，严重制约了运动医学关节镜外科的发展。近年来，我们应用增材制造技术，以关节镜下前交叉韧带（ACL）的重建手术为例，进行关节镜手术培训的教学探索，取得了一定的成绩。
一、研究对象和方法
（一）研究对象
选取2015年3月—2018年3月西安交通大学第二附属医院骨科规范化培训学员24人，其中男性21人，女性3人，年龄21～27岁（平均22.5岁），参加工作时间0～2年（平均0.8年），均接受结合应用了增材制造技术的标准PBL教学方法，分为6个批次序贯进行，每批次的总教学时长为8个学时，由拥有西安交通大学第二附属医院教学资质的高年资讲师授课。
（二）研究方法
1.课前準备：按规范化培训大纲要求，制作好包括病史、体检结果、X光片及CT、MRI等资料在内的PPT幻灯，以前交叉韧带断裂的基本表现、诊断及治疗为学习内容，采用标准化PBL教学模式，提前2天发给所有学员，自行查找工具书及文献，得出初步诊断，并提出手术方案及术中操作要点、注意事项。
2.模型制作：病房里选取典型的ACL断裂病例，将相应的薄层CT平扫图片（64排螺旋CT，西门子，德国），利用Mimocs 10.01软件，制作成CAD文档，导入我院骨科3D打印骨科平台Solido SD300快速成型系统，打印1∶1三维立体模型，同时准备相应的ACL重建工具及相应的替代植入物。
3.教学日共6个学时，以小组讨论的方式进行：（1）学员根据各自的自我学习结果，发表各自的见解，通过讨论形成统一意见。（2）教师根据小组讨论结果做出的诊断、并发症、处理原则以及最后的手术方案，纠正阅片中出现的错误或遗漏，补充更多的信息，学员之间进一步相互讨论。（3）再次形成统一意见后，教师对学员的答案进行反馈和评价，确定最后的诊断及治疗方案。（4）进阶环节：出示教室内使用3D打印的膝关节实物模型，研究手术方案及要点，提出骨道实施方案，使用重建手术工具行术前规划及手术预演，在教师指导下，在膝关节实物模型上尝试各种方案，确定最优方案，全体学员进行术后效果评估。（5）总结评估：教师针对病例进行系统性的分析，概括总结之前的预设问题，对学员提出的共性问题做出梳理解答，帮助学员掌握并巩固相应的知识。
4.手术日共2个学时，教师和学员一同进入手术室观摩，每次4人，观看相应病例的手术过程，针对其中的问题，教师进一步帮助解答。
（三）教学结果评价
1.客观效果评价：设计满分为50分的闭卷标准化考核试卷，针对ACL断裂的发病机理、诊断、手术要点等指标对学员进行考核，确定教学目标实现程度。
2.主观效果评价：设计15分钟的教学效果评分量表。该评分量表包含学习兴趣提升、学习效率提升、主动互动意愿提升、学习注意力提升以及团队合作能力提升这五方面教学效果提升主观评价指标，不记名方式填写。上述评价指标分为5档标准并予以赋分：无提升0分、轻度提升2分、一般提升3分、较大提升4分、极大提升5分。
客观考核及主观问卷依次进行，完毕后全部回收进行数据收集。
二、结果
（一）客观效果评价
闭卷标准化考核试卷发放24份，回收率100%且均为有效问卷。评价指标按照考核分数计算。结果显示学员平均考核成绩可达42.8分（39～47分）明显优于以前学员。
（二）主观效果评价
发放调查问卷24份，回收率100%且均为有效问卷。对学员的学习兴趣增加、学习效率提升、主动互动意愿提升、学习注意力提升以及团队合作能力提升这五方面教学效果提升的主观赋分予以统计，相比以前，均得到明显的提升。
三、讨论
关节镜技术因其微创、安全、直观的特性，被越来越多地应用于运动损伤疾病的诊断治疗中，但膝关节内解剖结构较为复杂，而镜下的视野相对局限，对手术部位周围的参照标志结构难以综合观察；关节镜手术采用微创入路，缺乏常规的手指触觉感知过程，学员很难将镜头捕获的二维图像转化为三维立体结构，从而对手术原理及操作技巧的理解带来困难[2]。国外教学机构及医院多采用新鲜尸体膝关节上Workshop模拟手术来进行关节镜医生的培养，或采用先进的关节镜模拟手术系统在教学模型上进行带教[3]。在我国，则因为传统观念的影响，新鲜尸体来源困难，无法提供足够的标本进行尸体模拟手术教学。而关节镜模拟手术系统则因为价格昂贵，且教学模型并非一次性使用，在大多机构无法推广。学员只有凭借手术图谱和术中观摩的机会进行学习，学习效率低下，学习曲线漫长。 增材制造技术又称为3D打印技术，近年来逐渐被广泛应用于医学领域的各个方面，骨科临床应用方面发展尤为迅速，它通过采集病例的CT等影像学资料，在计算机上进行数据加工，在快速成型机上精确复制出局部骨骼或关节的三维结构，将难以理解的二维图像转化为直观的三维实物，可重复性强，对一些复杂疾病的分型、术前规划及手术预演，优势明显，在术前可方便地预估手术效果，术中可通过实物比对、导板引导及3D打印内植物的应用方式，大大提高了骨盆骨折、脊柱畸形、复杂关节置换翻修等疾病的治疗效果，使3D打印技术得到了较为广泛的应用[4][5]。
在我们过去的临床实践里，应用这一技术进行了前交叉韧带重建手术导板的研制，可很好地實现手术的精准化和个体化，取得了初步的成果[6]。将这一技术尝试运用于PBL教学方面，是我们近年来在教学改革方面进行的探索，研究发现，将增材制造技术与PBL教学方法相结合，可很好地增加学员对原本感觉困难领域的学习兴趣，应用制备出的膝关节实物模型，可使复杂难懂的ACL重建原理及手术关注点得以直观精确的实物显示，学员更容易理解不规则表面上的骨道定位点的寻找技巧。在此基础上的实物膝模型上进行手术预演，可进一步加深对ACL重建术的理解程度，并通过模型上安装的韧带替代物，方便及时地评估比较不同方案的手术疗效，从而更快地形成自己的知识架构体系，极大地促进了临床思维能力和基本动手能力的培养，大大加强了PBL在骨科规范化培训教育中的优势。相比之前，可使学员在8个学时内很好地掌握关节镜下前交叉韧带重建术的基本要点和技巧，学习效率大大提升；学员之间的主动互动意愿提升，积极参与讨论并发表自己的意见；注重发挥团队合作能力，在客观效果测试中发现，知识掌握程度均达到优良。
这一方法也有其局限性，增材制造技术的应用需要一定的硬件平台，快速成型设备的普及率目前并不高，具备基本条件的单位较少。另外，相应的专门技术支持人才相对匮乏，而具有医学背景的熟练工程师是保证这一方法顺利开展的必要条件。当然，随着增材制造技术在医学领域应用的进一步普及，一旦将其应用到关节镜技术的临床教学实践中，便可更快更好地培养出合格的关节镜手术医生，可对运动医学的发展产生极大的推动作用。
参考文献：
[1]陈光兴，古凌川，王文斌，等.关节镜手术技术培训模式的探讨及应用[J].西北医学教育，2011，19（2）：432-434.
[2]李彬，沈鹏，白伦浩.肩关节镜技术专业型研究生培训方法初探[J].中国继续医学教育，2016，8（4）：9-10.
[3]李春宝，张静，刘洋，等.骨科关节镜影像数据采集及临床教学系统的构建[J].中国医学教育技术，2016，30（5）：538-541.
[4]李锋涛，王栋，程剑，等.3D打印结合PACS系统在骨科PBL临床教学模式中的应用[J].中国医学教育技术，2015，29（3）：288-290.
[5]张晨，李苗.3D打印模型引入PBL教学在骨科见习课中的应用[J].临床医学研究与实践，2016，1（6）：115-116.
[6]Ni J， Li D， Mao M， etc. A Method of Accurate Bone Tunnel Placement for Anterior Cruciate Ligament Reconstruction Based on 3-Dimensional Printing Technology[J].A Cadaveric Study.Arthro-scopy，2018 ，34（2）：546-556.