3D打印技术在骨科临床教学中的应用

3D打印技术在骨科临床教学中的应用
摘要：3D打印（3D Printing）又称快速成型（Rapid Prototyping，RP）技术，是
一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等粘合材料通过逐层堆叠累
积的方式制造三维实体的先进技术。

近年来，随着3D打印技术的成熟，价格的
下降，其应用范围逐渐从工业领域扩展到医疗、教育等领域。

医学3D打印首先
通过CT或MRI获取原始数据，经过软件处理后建立三维数字模型，根据临床需要，借助计算机辅助制造（Computer Aided Design，CAD）软件进行修改和应用设计，最终将数据输入到3D打印机完成打印。

随着医学图像技术的发展，3D打印
技术率先在颅颌面和整形外科开展了临床应用并取得成功，一定程度上也促进了
骨科医师将3D打印技术应用于临床工作中。

关键词：骨科；临床教学；3D打印技术
引言
3D打印技术起源于19世纪末的美国，并在20世纪80年代得以发展和推广。

3D打印是基于材料累加概念和叠层制造方法，在计算机的控制下，根据物体的CAD模型或CT等数据，通过材料的精确堆积制造原形的一种基于离散、堆积成
型原理的数字化成型新技术，可自动而迅速地将设计思想转化为物理试验模型或
直接制造零件，这样就可以制造出外形与结构等同于原形的、具有复杂空间结构
的模型。

CT三维重建和快速成型技术的结合可制造出1：1等大的、高度仿真患
者伤情的模型已成为现实，目前已经在临床上得到了初步的应用。

一、3D 打印模型特点和设备
（一）、特点
能帮助学生直观地理解颌骨病变及缺损的解剖部位，更明确地反映其三维空
间关系；型和镜像模型所提供的三维结构可多视角观察、实体感强，可反复进行
模型外科操作；更为直观地引入以咬合修复为目标的颌骨功能性重建理念；缩短
学习过程、提高学习效率、激发了学生的积极性、能动性以及解决问题的能力，
可使学生参与实际手术的设计，加强学生的学习兴趣，提高学生的创新能力。

（二）、设备
3D 打印过程的关键设备是3D 打印机，它是集机械、控制及计算机技术等为
一体的复杂机电一体化系统，主要包括高精度机械系统、数控系统、喷射系统和
成型环境等，此外还涉及新型打印材料的开发、不同设备不同材料打印工艺的研究、产品创新设计等众多方面。

当今科技日新月异，随着学科交叉综合加强，要
求学生具备全面的知识结构，而3D 打印技术恰能为学生提供一个综合性技术知
识的学习途径，因此，3D 打印技术在教育领域的应用能为我国开辟新的教育模式。

二、3D打印技术在骨科临床教学中的应用
（一）、在手术之前的应用
利用3D打印技术将骨折部位的三维模型打印出来，可以使术者在术前对骨
折有详细和全面的了解，在头脑中建立起一个立体的三维结构，并做出准确的诊
断和分型，在模型上模拟手术操作，予以骨折复位，选择合适的内固定物，预弯
塑形钢板，确定螺钉的方向和长度等，经过反复多次的模拟手术，尝试不同的手
术方法，调整手术策略，制定出最适宜的个性化手术方案。

这样，术者在术前对
骨折有了充分的评估和判断，对手术过程有了熟练的预演，使手术操作的安全性
大大提高，手术时间缩短，术中出血和副损伤减少，从而减少了手术相关并发症，减少麻醉药用量，使手术过程顺畅，最终令患者受益。

（二）、将解剖知识和临床相结合
局部解剖是骨外科临床学习的最基本知识点，也是学习过程中的难点。

这是
因为脊柱及四肢骨骼数量众多，还有包绕其周围的肌肉、血管和神经。

如果机械
的记忆一些解剖标志，往往是枯燥无味的，学习效果不佳。

通过3D打印模型，
学生可以根据课前已掌握的医学知识，去推理疾患的起因、症状和体征，进而尝
试利用己有的医学知识对骨外科专科疾病诊断提出治疗方案，而这种认识的过程
加深了学生对解剖结构特殊性的本质理解。

例如，骨折在大课中己经学习，学生
都停留在书本上的描述，没有感性认识。

结合3D模型的PBL教学方式，可以使
学生直观地学习解剖结构，使学生能更好的从病例资料中模拟出患者当时受伤的
场景。

从解剖结构联系到生物力学特性，从单一的骨折联系到系统的诊断和治疗，从而推断出骨折的好发部位、力学特性、临床症状、以及出现的并发症，进而根
据骨折的国际分型得出临床诊断，制定治疗方案，设计手术方案。

（三）、在手术操作训练中的应用
将3D打印模型固定于桌面上，第一次培训时采用统一授课的方式，由上级
医师根据模型讲解各部位进钉点特点及辨认技巧、螺钉大小的选择以及进钉角度
和螺钉进入的深度。

讲解完成后，受训者从上方观察骨头背面确定各弓根的进钉点，利用开口器在相应进钉点开口，使用锥子打开钉道，探子探明钉道各壁是否
完整，然后旋入螺钉，安装钉棒系统。

完成训练后，拆除固定棒，不拆除钉子，
将模型沿螺钉方向剖开，观察钉道情况，供受训医师分析总结进钉位置、进钉角
度及进钉深度是否存在问题。

后续训练时，受训者可反复利用新的3D打印模型
训练椎弓根螺钉的置入，并自行分析总结得失，下次培训根据分析结果改进操作
技巧。

模拟训练结束后，对受训者进行测试，模拟置入10枚螺钉，观察受训者
螺钉置入的成功率。

结束语
医学教育只有不断创新、与时俱进才能保持旺盛的生命力。

教学模式要求以
其明确的目标性、充分的自主性、突出的实践性、深刻的启发性、强烈的综合性、及时的评价性和密切的合作性深深吸引了学生和教师。

针对新世纪对医疗人才培
养的新要求，我们必须改变传统的“填鸭式”教学方法，尽可能多地采用创新的教
学模式，真正做到以学生为中心，在师生双向互动中完成教学任务。

将3D 打印
引入骨科教学中，不仅弥补了教学的一些不足之处，而且有效地提高了学生学习
骨科知识的兴趣，激发学习积极性和主动性，提高了学生的逻辑思维能力和分析
解决问题的能力，值得进一步的完善和推广。

参考文献
[1] 管华清，徐明，杨同其，姜为民，杨惠林.3D打印技术在骨科临床教学中
的应用[J].教育教学论坛，2015，14:178-179.
[2] 杜恒，周晓玲，尹思，张党峰，马巍，白斌.3D打印技术在骨科临床PBL
教学中的应用[J].西北医学教育，2015，04:701-704.
[3] 董文兴，刘斌.3D打印技术在骨科医疗器械的应用现状分析[J].生物骨科材
料与临床研究，2014，04:39-41.。