3D打印端脑模型在人体解剖学实验教学中的应用

3D打印端脑模型在人体解剖学实验教学中的应用

陈小蒙

河源市卫生学校 广东河源 517000

【摘 要】目的：探究3D打印端脑模型在人体解剖学实验教学中的应用效果。方法：选入102名河源市卫生学校护理学专业学生，时间2017年9月至2019年10月，随机投掷法分为对照组（行传统教学方式）与观察组（行3D打印模型、实物标本的自主观察学习）。比较两组教学效果。结果：教学前，两组CTDI-CV评分、成绩测验评分无差异性（P＞0.05）；观察组寻找真相（54.19±1.78）分、开放思想（55.13±1.63）分、分析能力（56.52±1.51）分、系统化能力（56.69±1.66）分、批判思维的自信心（55.91±1.71）分、求知欲（56.24±1.82）分、认知成熟度（57.02±1.57）分、总分（396.71±17.27）分均高于对照组（46.92±2.75）分、（47.88±3.42）分、（47.86±3.36）分、（47.94±3.27）分、（48.17±3.32）分、（47.77±3.38）分、（47.35±3.24）分、（308.41±27.72）分（P＜0.05）。观察组中央前沟（8.57±1.11）分、额中回（8.61±1.09）分、大脑纵裂（8.77±0.96）分、岛叶（8.91±0.73）分、角回（8.76±1.04）分、顶枕沟（8.88±0.84）分、胼胝体（8.73±0.85）分、钩（9.04±0.35）分、枕颞外侧回（8.94±0.44）分、中央旁小叶（8.96±0.72）分、总分（89.35±4.27）分均高于对照组（6.14±0.74）分、（6.21±0.67）分、（6.09±0.65）分、（6.57±0.58）分、（6.27±0.56）分、（6.44±0.83）分、（6.38±0.61）分、（7.01±0.11）分、（6.86±0.32）分、（6.39±0.59）分、（67.88±8.35）分（P＜0.05）。观察组教学满意度98.04%高于对照组80.39%（P＜0.05）。结论：3D打印端脑模型在该实验教学中应用效果显著。

【关键词】端脑；人体解剖学；枕颞外侧回；大脑纵裂；胼胝体；角回；岛叶、

3D打印（three-dimensional printing）技术是用三维扫描仪扫描或计算机三维重建获得数字化模型，之后分层对模型进行切片，同时利用熔融沉积、光聚合等技术逐层将塑料、光敏树脂进行固化堆积，以便将数字化模型可转为实体产品^[1-2]。该技术开始时间为20世纪80年代，截至目前，技术已经历了几轮变更、改进，同时也逐渐在各个领域广泛应用。其中3D打印技术也在医学领域中广泛应用。人体解剖学为医学基础，是对人体正常形态、位置、结构进行研究。人体解剖学结构与功能最复杂的部分为瑞脑，因此其形态、功能分区均为重点学习内容^[3]。基于此，为进一步提高人体解剖学实验教学效果，采用3D打印技术，观察并分析该技术制备端脑模型在教学中的应用价值，现将结果汇总如下。

1 资料与方法

1. 1. 一般资料

本次研究纳入102名河源市卫生学校护理学专业学生，2017-9为纳入起始时间，2019-10为截止时间。采取随机投掷法分为两组（每组51名），对照组与观察组。对照组中男性27例、女性24例，年龄区间21~24（22.5±3.3）岁；观察组中男性28例、女性23例，年龄区间22~25（23.5±3.6）岁，两组学生一般资料对比，无差异性（P＞0.05），具有可比性。

1. 2. 方法

两组均按照正常教学进度进行端脑结构、形态方面的理论授课，之后对照组行传统教学方式，观察组行3D打印模型、实物标本的自主观察学习。

观察组：首选河源市人民医院影像中心选取无器质性病变的正常成年人脑部CY扫描DICOM数据（水平扫描，层厚0.1mm），用三维重建软件Meshmixer将扫描数据转为STL文件，并选用1.75mm线径的乳白色及透明聚乳酸PLA材料，在Ezau V-Ⅱ桌面打印机应用下，行层厚0.2mm的打印，打印温度设定为215℃，平台温度为55℃，内部填充装置设定为20.00%，打印出4个真实脑同大小的人瑞脑模型。

1. 3. 观察指标

1. 两组思维能力评分（教学前后），采用评判性思维能力测量表（CTDI-CV）评比，总分70~420分，分为7个维度，各维度最低40分，高于50可为思维能力较强；

2. 两组成绩测验评分，本次试验测评百分制，共分为10个结构，分别为人端脑中的结构，每个结构均为真实照片，通过幻灯片进行播放，每个结构为10分，分数与成精成正比例关系；

（3）两组教学满意度，①非常满意：90～100分；②基本满意：60～89分；③不满意：评分＜60分，满意度=(①+②)/n×100%。

1.4 统计学分析

分组数据输入SPSS20.0统计学软件，教学满意度以c²分析，CTDI-CV、成绩测验评分等计数资料以t分析，α=0.05为分界值，低于则表示有统计学意义。

2 结果

2.1 CTDI-CV评分

教学前，两组CTDI-CV评分（P＞0.05）；教育后，对照组CTDI-CV评分，均低于观察组，详细见表1.

表1：两组CTDI-CV评分（ ±s，分）

注₁：两组相比，^#P＞0.05，^*P＜0.05。

2.2 成绩测验评分

教学前，两组成绩测验评分（P＞0.05）；教育后，对照组成绩测验评分，均低于观察组，详细见表2.

表2：两组成绩测验评分（ ±s，分）

2.3 教学满意度

对照组教学满意度明显低于观察组（P＜0.05），详细见表3.

表3：两组教学满意度（n，%）

3 讨论

3D打印技术属于一种低成本、短生产周期、可设计且批量化的生产技术，经过多年研究、发展、推广，各个行业均应用了3D打印技术。而因3D打印技术在形态方面存在不可比拟的呈现能力，故而初步在医学教学领域中大放异彩^[4]。

在医学教学领域中，人体解剖学为实践性很强的一门学科，以观察人体标本、辨识结构作为该学科的重要内容^[5]。因此，该学科与他类学科的不同之处就在于教学过程中，需利用大量的人体标本，提升学生对人体解剖的了解。但人体标本的来源会涉及法律、伦理等较为严肃的社会问题，故而临床教学时，多数会将讲义理论知识作为基础，辅助相应PPT幻灯片向学生传递相关知识。除此外，医学解剖尸体多数来自遗体捐献，但受传统观念影响，捐献数量远达不到现代教学所需，且随近年生活质量的不断提升，人类生命得到了延长，故而捐献遗体会以老年、疾病去世的人体为主，而此类遗体从质量来说，也无法满足现代临床教学所需。因此，现在人体解剖学实验教学现状存在人体标本、尸体不足等问题。以及标本、尸体由福尔马林固定保存，气味略带刺激，部分学生会因此产生些许排斥，浪费珍贵资源。而这一问题可通过3D打印技术解决，3D打印技术可通过对正常人体影像学数据的选取，采取逐层堆积、黏合剂材料等方式制造与人体结构一致的模型，有效解决了上述解剖学的现状困境。同时，3D打印技术可对相同多个结构标本进行快速制备，并依据需要进行比例缩放，有效缩短师生暴露在福尔马林等有毒环境中的时间。且与传统教学比较，3D打印模型的辅助可帮助学生全方位、多角度直接对人体结构的形态特征进行观察^[6-7]。

本次结果中，教学后观察组CTDI-CV、成绩测验评分均高于对照组，观察组教学满意度高于对照组，差异显著（P＜0.05），由此提示，在教学中应用3D打印技术，可提高学生学习成绩，并提升思维能力。分析可能于以下几个因素相关：①因端脑表面沟回较多，且不同个体之间存在较大差异，对于初学者，只看标本存在难度。但3D打印所制作的模型，脑形态、结构清晰，且较为典型，可间接帮助学生对个主要结构的空间位置、形态进行快速掌握，同时还可帮助其他不典型标本、模型做参考^[8]；②青年学生乐于接受新鲜事物，而3D技术可满足其好奇心，提高学生学习兴趣与效率；③端脑标本存在福尔马林等液体中，观察时戴手套，强烈气味会对学生观察学习的主动性限制，而3D模型无味，可避免此类问题的发生。

综上，3D打印端脑模型对于人体解剖实验教学具有实施价值，可开发学生思维能力，提高学习成绩，同时提高学生学习兴趣，推广性较高。

参考文献：

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