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摘要：文章以西安交通大学口腔医学院的30名在读本科生为研究对象，将其随机分为两组，即数字化设计联合3D打印技术实验教学组与传统教学组，探究数字化设计联合3D打印技术在颌骨骨折外科动物实验教学中的应用，结果显示，数字化设计联合3D打印技术实验教学组学生的专业考核成绩明显高于传统教学组学生；数字化设计联合3D打印技术实验教学组学生学习难易程度评分明显低于传统教学组。
关键词：3D打印技术；数字化设计；颌骨骨折；外科；动物实验教学
随着我国新一轮医学教育改革的逐步深入，如何开展具有创新性的现代教学，更好地培养德才兼备的复合型、实践型人才，已成为医学本科教学改革的重要任务。随着数字化技术的高速发展：传统的教学方式已经无法满足口腔医学本科生的培训需求，即无法满足培养其立体性、精准性及可视性能力的需要和激发学习热情的需要。近几年，随着数字化技术已广泛应用于口腔临床和科研，数字化口腔医学目前已经成为口腔医学的重要发展方向之一。本文将数字化技术引入口腔颌面外科的教学，探索数字化设计联合3D打印技术在颌骨骨折外科动物实验教学中的应用。
临床上常因骨折部位不同、肌肉牵拉方向不同而出现不同情况的骨折断端移位，常用手法复位及颌间牵引复位的方法来实现移位骨折端的正确复位。但由于外科临床经验匮乏，且实验动物不便于观察咬合关系，在口腔医学骨折坚固内固定教学过程中，本科实习生对于骨折断端的正确复位效果往往不够理想，影响了教学目标的实现。而在建立坚固内固定教学模型的过程中，教师采用三维重建及3D打印技术制作高仿真的颌骨模型，通过模拟骨折复位并制作复位导板，能让学生深刻理解教科书中提到的正确解剖复位，熟练掌握如何根据骨折的特征来正确安放钛板并植入固定的方法。
本研究采用的个性化3D打印模型和数字化导板的制备流程包括采集数据、分析数据、设计手术、制备数字化导板、3D打印成形。首先，设计并制作家免骨折模型；其次，获取家免骨折模型的软硬组织影像学数据；再次，对数据进行一系列专业处理，根据临床需求得到特定的部分；最后，针对三维重建后的家免骨折模型进行手术设计，制备并使用数字化导板对手术进行引导。数字化导板的大小、形状、摆放位置及固位方式是术前设计需要考虑的重要因素。既需要保持导板稳定，避免术中发生移位，又要尽可能做到小型化设计，避免体积过大而过多占用手术区域，影响手术操作。
本研究期望在颌骨骨折外科动物实验教学中，通过数字化设计联合3D打印技术的应用，在实现骨折端的解剖学复位的同时，恢复正常咬合关系，以便口腔医学本科生能更好地掌握颌骨骨折坚固内固定技能。
一、研究对象与方法
（一）研究对象
本研究以西安交通大学口腔医学院的30名在读本科生为研究对象，将其随机分为两组，即实验教学组与传统教学组。两组学生的一般情况无明显统计学差异，如表1所示。
（二）研究方法
①动物实验方面，选取4个月大且体重在2—3kg的雄性家兔，具体由西安交通大学实验动物中心提供；坚固内固定器械；哺乳类动物手术器械套装；兔手术台；注射器（10 mL、20 mL）；纱布；4-0尼龙线；计算机断层扫描（CT）机；手术导板；3.5 mm、4.2 mm纯钛锁定骨板（中国苏州）、6 mm和8 mm皮质骨自攻螺钉（中国苏州）。将实验动物逐一称重后，采用耳缘静脉注射麻醉法缓慢注射戊巴比妥钠麻醉剂给予全身麻醉（2mL/kg），动物全程麻醉的时间控制在一小时左右，麻醉后取仰卧位，固定实验动物四肢及头部，术前于实验动物颏下区术周2 cm区域脱毛备皮，用碘伏棉球消毒术区。将实验动物分为A、B两组，分别于A、B两组颏下正中联合区设计一长约1.5—2.0cm的纵向切口，切开皮肤及皮下组织，对肌肉及软组织进行钝性分离，切开、分离骨膜，沿骨面充分暴露下颌骨正中联合区，于下颌骨正中联合区应用物理方法造成人为下颌骨正中联合骨折。两组骨折模型建立后，生理盐水、双氧水交替进行常规冲洗，应用4-0尼龙线对创口进行缝合，术后立即注射80万单位青霉素钠用于预防感染。术后即刻应用CT扫描实验动物骨折影像，将骨折影像数据以Dicom格式导入Mimics3D软件，通过选择合适的阈值，显示出完整的骨折块，然后对数据进行一系列专业处理，以及三维重建，根据临床的相应需求来确定特定的区域。同时，通过软件模拟骨折复位并设计复位导板，利用3D打印机1:1打印模型并制作导板。完成导板制作后，1周后再次分别切开相应术区，术式同前，暴露原骨折区域，A组动物在导板引导复位下进行颌骨骨折坚固内固定，B组动物应用相同尺寸钛板钛钉通过手法复位后进行颌骨骨折坚固内固定。生理盐水、双氧水交替常规冲洗，创口应用4-0尼龙线进行缝合，术后为预防感染，立即注射80万单位青霉素钠。两组学生分别单独饲养两组动物，且均给予相同的正常饮食。之后分别于骨折模型建立后和坚固内固定术4周后应用CT扫描，采集相应数据并观察骨折愈合情况，应用Mimics3D软件进行数据分析，比较两组动物骨折愈合情况。动物实验结束后进行大体观察及影像学观察。
②教学结束后进行专业知识考核及问卷调查。
（三）统计分析方法
采用SPSS 20.0（IBM SPSS Statistics v20）软件进行统计学分析。两组间均数比较采用独立样本t检验，P<0.05表示差异有统计学意义。
二、研究结果
实验过程中，两组家兔骨折模型动物伤口均I期愈合，无明显并发症发生。
（一）大体观察
在第4周时，各组动物骨折术区愈合良好，无明显肿胀，无异常增生，未发现创口有异常渗出，未发现明显炎症，咬合关系良好，无明显错位。
（二）影像学观察
CT图像显示各组骨折断端均无明显错位愈合，钛板钛钉固定在位，且实验教学组动物较传统教学组动物愈合情况更佳，如图1所示。
（三）专业知识考核
完成家兔颌骨骨折实验教学后，两组学生均进行统一的临床专业知识考核。统计分析结果显示，实验教学组学生的专业知识考核成绩为87.87±3.83分，明显高于传统教学组学生的平均考核成绩，两组间差异具有统计学意义（P<0.001），如表2所示。
（四）学习难易程度调查
本研究共发放30份问卷，成功收回问卷30份，回收率为100%，均为有效问卷。对调查问卷所得数据进行系统性分析，结果显示，实验教学组学生在颌骨骨折手术动物实验中的学习难度评分为1.40±0.63分，明显低于传统教学组学生的平均难度评分，差异具有统计学意义（P<0.001），如表3所示。
三、讨论
由于口腔颌面部的结构具有一定的特殊性，其治疗结果与患者的面部形态有一定的关系。因此，口腔颌面外科手术需要有精确的术前设计和准确的手术定位。对于口腔颌面外科医师，尤其是正处于学习阶段的本科生、研究生而言，手术设计理念的学习显得尤为重要，而想要真正意义上掌握这些能力，需要经历长期、系统的临床经验积累，才能在临床道路上真正成长起来。
近几年，随着数字化技术的飞快发展及学科之间的相互交叉渗透，越来越多的新兴技术被逐渐应用于医学领域[2]。同时，医学教育也迎来了一系列的重大变革。纪焕中等[3]通过利用Dolphin软件对口腔颌面外科研究生进行专科培训，发现约40%的学生在熟练掌握该软件的使用后，会更有兴趣在相关教师的指导下开展系列临床研究。王浩宇等[4]利用交互式虚拟现实模拟机进行导管消融介入，对学生进行手术培训，通过提供身临其境的触觉反馈和视觉体验，获得了优异的教学效果。王雨薇等[5]利用仿真模型和教学导板教授学生拔除阻生牙，且认为该方法有助于学生深刻理解和熟练掌握埋伏牙、阻生牙等复杂牙的拔除原理和方法。杜文等[6]探讨了SurgiCase CMF软件在口腔颌面外科研究生临床培训中的作用，发现应用该软件，可以有效缩短研究生从理论到临床实践所需的时间，临床教学效果也能得到提高。越来越多的研究证明，将数字化技术与医学教学相结合，可以有效提高教学效率，取得更好的教学效果，从而提高医学教学水平。
从20世纪90年代开始，3D打印技术已成为快速成型（Rapid Prototyping，RP）技术中的一种，主要通过计算机辅助设计（CAD）软件对三维模型进行构建，然后对模型进行分层设计并用特定的粘接材料进行逐层打印，从而实现最终实体的完成[7]。目前，在口腔临床诊疗领域，3D打印技术已得到广泛应用，如3D打印烤瓷冠、种植导板、可摘义齿托槽、颌面部缺损修复体、个性化正畸托槽、颌面部肿瘤切除导板等[8-10]。3D打印技术的应用使教学模式实现了从二维到三维、从虚拟到现实的转换，不仅能促使住院医师学习口腔颌面外科的解剖结构和病理知识，还能激发住院医师自主学习的积极性[11]。教师借助3D打印模型向学生讲解骨折相关知识，学生往往更容易理解并掌握骨折移位的原因及复位过程[12]。在数字化时代，3D打印技术不断获得突破，在口腔医学科研、教学和临床中具有愈来愈广阔的应用前景。如借助颌间牵引钉技术、导板技术及数字化导航技术，可以快速、精确地实现下颌骨断端的复位。与传统手术相比，数字化设计联合3D打印技术的应用减少了不必要的手术创伤，增强了手术效果的可预见性，并提高了骨折复位手术的精确度，但同时也存在不足，如术前设计和打印导板等过程会延长患者等待手术的时间，数字化设计及打印导板和头模都需要花费患者一定的费用，这在一定程度上加重了患者的经济负担[13]。
前期研究发现，若骨折复位不准确或固定不稳定，会导致骨折延期愈合或愈合不良。对于临床经验不足的本科生而言，传统教学方法会使颌骨骨折坚固内固定技能难以被掌握，因此学习效率不高，临床教学可能无法达到预期效果。本研究基于实验动物的三维成像数据，利用3D打印技术打印出个性化、准确、逼真的颌骨模型并设计相应的导板，利用这些模型和导板进行手术演练，有助于学生理解手术步骤，在一定程度上提高了学生的学习积极性，变“被动灌输学习”为“主动学习”，从而提升了教学效果[14]。术后CT显示两组坚固内固定效果存在差异，实验教学组优于传统教学组，表示数字化设计联合3D打印技术在一定程度上有助于学生更好地掌握坚固内固定技术。从专业知识考核来看，实验教学组学生的专业知识考核成绩显著高于传统教学组学生，同时问卷调查结果也显示，实验教学组学生普遍认为通过数字化设计联合3D打印技术可以降低学习难度，达到了最初的研究目的。
目前，数字化设计联合3D打印技术的应用仍存在一些不足之处，如可选择的打印材料种类有限、设计打印设备成本较高、可供重建部位受限等[15]。而这些缺点将随着三维图形技术、三维动画技术及医学影像技术的蓬勃发展和彼此的深度融合得到改善。该教学模式将具有较高的模型精准度和场景还原度，从而将使其在口腔颌面外科教学中得到更加广泛的应用[16]。
综上所述，数字化设计联合3D打印技术在颌骨骨折外科动物实验教学中的应用，可以有效提高口腔医学本科生教学质量。该复位固定方法可有效缩短手术所需的时间，降低手术并发症的发生概率，减少发生骨折错位愈合的可能性，有效促进骨折愈合，并在一定程度上有效提高教学效率。因此，在将来，我们应以教育数字化为引擎推动教育高质量发展，进一步深入学习并贯彻党的教育方针和精神，积极顺应数字化、智能化发展浪潮，进一步推动教育高质量发展。
参考文献：
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数字化设计联合3D打印技术在颌骨骨折外科动物实验教学中的应用论文
人参与 2025-05-08 10:44:00 分类 : 教育论文 点这评论 作者：团论文网 来源：https://www.tuanlunwen.com/
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