李海军，陈南征，畅朋康，付军科，吴齐飞
(西安交通大学第一附属医院胸外科，陕西 西安 710061)
临床医学教学具有很强的实践性，实习教育在临床医学教育中起关键作用，尤其对于外科实习过程，良好的解剖观念、清晰的手术思维是外科实习的根基，提高临床实习生的解剖直观性和理解能力，培养临床实习生对于手术设计基本理念的理解能力是外科实习的目标[1]。
3D打印技术是近年来的新兴技术，其通过计算机采集数据进行建模后，使用金属、塑料、硅胶等材料，采用逐层打印的方法将计算机上数据转变成实物[2]，所以3D打印模型具有高度仿真、立体直观的特点。在医学教育中，3D打印模型能够展示解剖细节，再现人体器官的立体结构，既往已有其在临床教学中应用的报道[3-5]。我们采用3D打印技术成功构建了肺部结构的3D模型，并将其应用到胸外科临床教学中，在临床实习教学中取得了较为满意的效果，现总结如下。
1 资料与方法
1.1 3D打印模型的选择与制备在临床教学模型的设计，我们选择3D打印技术制备3D肺模型，因为肺的解剖结构相对复杂，特别是肺门的解剖结构及肺段的立体结构，对于这些结构，教师讲解时不够直观，难以让学生很好的理解，并且通过传统二维的图像资料或模式图进行教学很难使学生能够全面理解和掌握讲授内容，而采用3D打印肺模型可以清楚直观的显示这些解剖结构。
我们选用的是正常肺解剖结构进行展示，采用正常志愿者的CT数据为基础，采用飞利浦64排CT进行扫描，采用碘海醇注射液作为对比剂，扫描时像分别为胸部平扫和动脉期、静脉期及延迟期增强扫描，完成扫描后，将数据导入到Mimics 20.0软件，采用thresholding功能设置针对不同解剖结构的阈值，然后应用dynamic region growing功能选择拟重建的肺脏解剖结构，最后应用3D calculation对Mask分别进行三维重建，精确显示肺脏三维模型的主要结构，同时采用色彩和透明化对模型进行修饰，肺静脉采用红色、肺动脉采用蓝色、支气管采用白色，并将肺组织透明化，可以更清楚的显示肺血管和支气管，使教学使用时更形象、直观，最后采用人工树脂材料，委托公司进行制造。
1.2研究对象以本院64名实习生为研究对象，将实习生随机分成传统教学组[32名，其中男14名，女18名，平均年龄(20.94±0.44)岁]和3D肺模型教学组[32名，其中男16名，女16名，平均年龄(21.03±0.40)岁]，两组在性别构成及年龄方面差异无统计学意义(P>0.05)。传统教学组在肺解剖临床教学中采用PPT教学和影像学资料进行，3D肺模型教学组在传统教学基础上，增加3D肺模型应用。
1.3研究方法课程安排为2次，每次3个学时，由授课教师根据临床肺部解剖教学内容制定教学计划，传统教学组实习生采用PPT教学，对肺部解剖结构进行展示，同时结合胸部CT影像资料进行学习；3D肺模型教学组实习生在前述教学的基础上，增加了3D肺模型的应用，展示肺部的精细解剖结构。
课程结束前对所有参与研究的实习生进行理论和操作测试，测试内容为对肺段解剖结构(段支气管、段血管)的识别和定位，测试总成绩为100分，理论和操作测试各50分。
课程结束后对所有参与该研究的实习生进行问卷调查，调查内容为实习生对该部分学习内容的兴趣以及对教学方法的满意度，两项调查内容评分满分均为10分。
2 结 果
2.1 3D肺模型教学组与传统教学组实习生考试成绩比较表1显示，3D肺模型教学组实习生的理论成绩及操作成绩均显着高于传统教学组(P<0.05)。
表1 3D肺模型教学组与传统教学组考试成绩比较
2.2 3D肺模型教学组与传统教学组实习生对学习内容兴趣和对教学方法评价结果比较表2显示，3D肺模型教学组实习生对学习内容的兴趣评分和对教学方法的满意度评分均显着高于传统教学组(P<0.05)。
表2 3D肺模型教学组与传统教学组对学习内容的兴趣
3 讨 论
3.1传统胸外科临床实习所具有的不足通过对实习生教学发现，实习生对肺部解剖，如正常血管、支气管的走形及立体三维结构仍停留在课本文字层面，相比于基础医学阶段的教育，临床阶段缺乏相应的大体标本展示，带教老师主要采用对平片、CT、MRI等二维影像学检查的讲解作为主要教学方式，实习生缺乏对正常及病理情况下肺部三维结构的认识。
3.2 3D打印肺模型所具有的特点3D打印肺模型具有立体化特点，实习生可以从不同截面、视角进行观察，3D打印肺模型可用不同颜色标记不同组织，可以清楚的显示不同结构，本研究中采用红色标记肺静脉，蓝色标记肺动脉，棕色标记支气管，从而实习生对于肺部解剖结构有更清晰的认识，便于学习，并且3D打印肺模型能够让实习生直观地理解肺部手术入路及手术设计的原因。
3.3 3D打印肺模型的临床应用效果本研究发现，采用3D打印模型进行临床教学能够提高实习生对胸外科实习兴趣，由于实习生在实习时与基础医学学习时间跨度大，对基础解剖知识认识不够确切，部分学生实习积极性不高，采用3D肺模型进行教学打破了传统教学模式，通过更加直观的途径对实习生进行学习指导，提高了知识接受效率，更大地发挥学生学习的主观能动性，提高对胸外科学习的趣味性；其次，采用3D肺模型进行教学消除了实习生二维向三维构像过渡的障碍，提高了对影像学检查的判读能力；同时，胸外科临床教学还需要根据不同的疾病特点和病变范围制定和设计手术方案[6-7]，采用3D打印肺模型可以加强实习生对于肺部手术方案设计的理解能力，在胸外科实习教学中，我们结合3D打印肺模型，对于本科室部分肺部手术的设计理念予以讲解，让实习生对于肺部手术入路和手术设计有了更加深刻的认识，逐步培养其外科思维和创新理念。
3.4不足与展望3D打印肺模型具有直观性强，易于理解等特点，能够显着提高胸外科临床教学效果，能更大地发挥提高教学质量及教学效率的作用，值得推广，但我们在教学过程中也发现一些问题，如因为费用问题，我们采集的是正常志愿者胸部CT检查后的数据，3D打印肺模型均为正常肺结构，不利于学生对疾病情况的了解，在今后的教学中我们拟采用部分肺部疾病患者的数据，借助3D打印技术实现临床教学中个性化病例资料的获取与分析，从而让实习生深切体会手术入路选择的原因，提高实习生学习的趣味性和主动性，提高临床教学的效果。
但是本研究在临床教学中仅应用3D打印肺模型，未采用其他胸部3D打印结构模型进行教学，需在今后的教学工作中加以应用，以更好的促进胸外科临床教学。
综上所述，应用3D打印肺模型在胸外科临床教学中取得了良好的教学效果，但是其在胸外科临床教学领域中的应用还只是处于起步探索阶段，应用的方式和方法还需要进一步探索，相信随着计算机仿真和虚拟现实技术的不断发展以及3D打印技术的不断提高，其应用将会更加广泛。
