《3D打印技术应用》课程项目化改革的实践与探索

《产品快速成型-3D打印技术应用》课程是工业设计专业的基础课程之一。通过对本课程的学习,学生能了解快速成型的原理及各种成熟的快速成型技术,为将来进入专业工作岗位积累知识和经验。为了改变传统的理论课程教学模式,提高学生的实际应用能力,文章对该课程进行项目化教学改革进行了实践与探索,通过深入分析课程目标,开展项目设计,精心选取与课程相关实践性强的项目开展教学实践,并对项目化改革作出评价,以期提高学生的积极性和综合能力,使《3D打印技术应用》课程教学效果得到显著提升。

3D打印技术在创伤性骨折中的应用

背景:3D打印技术可根据患者实际病情和治疗需求设计构建模型、手术导板和个性化植入体或固定物,在创伤性骨折修复中展示了巨大的应用前景。目的:综述3D打印技术在创伤性骨折中的应用。方法:检索Web of science、PubMed和中国知网数据库2020-2024年发表的创伤骨科领域3D打印技术应用的相关文献,英文检索词为“traumatic fracture,3D printing technology,digital model,surgical guide”,中文检索词为“创伤性骨折,3D打印技术,数字模型,手术导板”,经筛选和分析,最终纳入60篇文献进行分析。结果与结论:①创伤性骨折是各种致伤因素导致的骨骼连续性中断和完整性破坏的骨折现象,以可靠方案提高复位愈合效果,已成为骨外科相关研究领域亟需解决的热点问题;②3D打印技术是以数字模型数据为基础的,运用粉末状金属或聚合物等可黏合成型材料以立体光刻、沉积建模和光聚合物喷射等形式制造满足需求三维实体的技术,在数字骨科生物医学领域应用广泛;③3D打印技术在疾病诊断、术前规划、重建骨折三维模型、定制骨科植入体、定制固定支具及假肢、手术导板制作和骨缺损修复等方面发挥了显著的优势,可根据患者实际病情和治疗需求设计构建模型、手术导板和个性化植入体或固定物,为创伤性骨折的治疗提供了新的思路。

3D打印技术在口腔正畸领域的应用进展

3D打印是通过计算机辅助技术模拟设计3D结构,并用各种材料逐层堆积成真实的物体,是一种增材制造技术[1]。与传统失蜡铸造法和计算机减材制造法相比,3D打印具有工艺优势[2],能够缩短供应链,降低成本,通过产生更少的废物实现可持续的过程,但在表面质量、机械性能和尺寸精度等方面,3D打印技术有待提高。在口腔正畸领域,数字化3D打印技术(简称3D打印技术)已经得到广泛运用,3D打印技术继承错颌畸形的矫治理念,摒弃传统诊断、设计、制作方法,利用计算机辅助诊断、个性化设计、数字化成型技术,根据口腔内复杂情况快速制作个性化矫治器,能够提高患者舒适度以及治疗效率,同时推动正畸治疗向个性化与精准化转变,为正畸治疗带来了极大的便利[3]。本文将综述3D打印技术在口腔正畸领域中的运用。

翻转课堂联合3D打印技术在临床肋骨骨折教学中的应用

目的探讨翻转课堂联合3D打印技术在临床肋骨骨折教学中的应用效果。方法将2021年6月至2022年6月武汉大学人民医院胸外科住培学员共78名分为试验组(39名)和对照组(39名)。试验组采用翻转课堂联合3D打印技术模式授课,对照组采用传统教学模式。运用理论考核和问卷调查方式评估教学效果。结果试验组理论考核成绩(84.62±10.97)分高于对照组(76.92±11.28)分,且试验组相较于对照组能够明显提高学习效果、临床思维能力和教学满意程度,差异有统计学意义(P<0.05),但在提高学习效率方面2组差异无统计学意义(P>0.05)。结论翻转课堂联合3D打印技术在肋骨骨折的临床教学中的应用有助于增加学生的知识掌握水平,提高学习效果,增加临床思维能力,具有一定的教学价值。

个体化3D打印技术联合心理干预在下肢创伤骨折手术患者中的应用效果

目的:探讨基于医工结合背景下个体化3D打印技术联合心理干预,在改善下肢创伤骨折手术患者情绪状态的影响效果。方法:选取在唐山市第二医院住院治疗的下肢创伤性骨折手术患者为研究对象。将2022年1-6月住院的患者45例作为对照组,采用传统常规方式进行健康宣教;选取2022年7-12月住院的患者47例为研究组,采用医工结合背景下3D打印技术联合心理干预进行干预,比较两组患者入院时和出院时的焦虑自评量表(SAS)评分和抑郁自评量表(SDS)评分差异,比较两组患者存在焦虑状态和抑郁状态差异,比较两组患者依从性(包括健康教育掌握情况、配合治疗护理)和对护理工作满意度的差异。结果:①两组患者入院时焦虑和抑郁情绪没有显著差异,但在出院时研究组的SAS评分和SDS评分与对照组有显著差异(F=111.216,54.172;P<0.01),且实验组的焦虑和抑郁显著低于对照组,差异具有统计学意义(P<0.05);②两组患者的依从性和满意度存在显著性差异,差异均具有统计学意义(χ^(2)=5.520,7.723;P<0.05)。结论:医工结合背景下之3D打印技术联合心理干预可有效减轻下肢创伤骨折患者的焦虑、抑郁情绪,提升患者的依从性和满意度。

3D打印技术在骨科创伤疾病教学中的应用进展

创伤骨科解剖结构复杂,受伤机制及骨折类型多变,一直是医学教育的重点和难点。但是,传统的教学方法多借助课件和尸体标本等辅助讲授,医学生难以直观观察、认识和理解,教学效果欠佳。随着计算机和数字化虚拟技术的飞速发展,3D打印技术在创伤骨科疾病中已发展成一种重要的教学辅助手段。该技术用于创伤骨科临床教学的应用价值主要表现在:三维重建复杂解剖结构、判断骨折分型和并发症、推测骨折受伤机制、制定手术计划、提高学习热情和信心,从而不断提高教学质量。文章将对近年来3D打印技术在骨盆骨折、髋臼骨折和关节周围骨折教学应用中的研究进展进行分析与归纳,阐述应用现状和所存在的问题,以不断提升骨科创伤疾病的临床教学质量。

三维CT支气管血管成像联合3D打印技术在早期肺癌患者胸腔镜肺段切除术中的应用价值

目的:探讨三维CT支气管血管成像(3D-CTBA)联合3D打印技术在早期非小细胞肺癌(NSCLC)患者胸腔镜肺段切除术中的应用效果。方法:回顾分析2022年1月至2023年9月于本院行胸腔镜肺段切除术的87例早期NSCLC患者临床和影像学资料,其中术前采取常规CT检查患者44例(常规组)、3D-CTBA联合3D打印技术检查患者43例(联合组),以手术结果为标准,比较2组各指标的差异。结果:常规组和联合组的病变定位准确率分别为95.45%(42/44)、100%(43/43),差异无统计学意义(χ^(2)值=2.001,P值=0.157)。与常规组相比,联合组的术中出血量、胸管引流量降低(P<0.05),切缘宽度增加(P<0.05),手术时间、胸管留置时间、住院时间缩短(P<0.05)。联合组术后并发症发生率为13.95%,低于常规组的31.82%(P<0.05)。结论:使用3D-CTBA联合3D打印技术有助于提高早期NSCLC患者胸腔镜肺段切除术效果,包括准确定位病灶、缩短手术和住院时间、降低术中出血量和术后并发症发生率等。

三维重建及3D打印技术在精准胸腔镜肺段切除术中的应用

目的:探讨三维重建及3D打印技术在精准胸腔镜肺段切除术中的应用。方法:选取2020年1月至2022年12月在我院行精准胸腔镜肺段切除术患者105例,用随机数表法分为2组,对照组(53例)和研究组(52例),对照组给予三维重建制定术前计划,研究组给予三维重建及3D打印技术制定术前计划。比较两组围术期相关指标,术前、术后3 d、术后3个月的肺功能指标,临床治疗疗效以及并发症发生情况。结果:研究组术中出血量、住院费用与对照组比较,差异均无统计学意义(P>0.05),研究组手术时间、拔管时间、住院时间明显短于对照组(P<0.05),研究组淋巴结清扫个数明显高于对照组(P<0.05),研究组术后总引流量明显低于对照组(P<0.05)。术后3 d研究组用力肺活量(FVC)、第1秒用力呼气容积(FEV1)、呼气流量峰值(PEF)、每分钟最大通气量(MVV)、肺一氧化碳弥散量(DLCO)较术前均降低(P<0.05),术后3 d、术后3个月对照组FVC、FEV1、PEF、MVV、DLCO较术前均降低(P<0.05),术后3 d对照组FEV1/FVC较术前升高(P<0.05),术后3个月对照组FEV1/FVC较术前降低(P<0.05),且术后3 d、术后3个月研究组FVC、FEV1、PEF、MVV、DLCO明显高于对照组(P<0.05),术后3个月研究组FEV1/FVC明显高于对照组(P<0.05)。研究组临床治疗疗效优于对照组,且研究组的临床治疗总有效率为94.23%,明显高于对照组(67.92%)(P<0.05)。研究组的并发症发生率为19.23%,与对照组(24.53%)比较,差异无统计学意义(P>0.05)。结论:三维重建及3D打印技术应用在精准胸腔镜肺段切除术中,可有效缩短手术时间,促进患者康复,改善肺功能,提高临床治疗疗效,且安全性较好。

“BIM+3D”打印技术在钢结构教学中的应用研究

当前的钢结构教学以板书等平面形式的教学为主,教学效果不够理想。近年来BIM技术和3D打印技术得到了快速的发展,运用BIM技术可高效建立三维钢结构虚拟模型,3D打印技术则可迅速将虚拟模型打印成实体。以现阶段钢结构教学的欠缺为出发点,将“BIM+3D”打印技术应用到钢结构教学中可形成一种新的钢结构课程教学模式。以培养高素质的综合应用型专业人才、提高学生的综合学习能力为目标,利用多媒介教学手段优化钢结构教学内容,此教学模式已经在海南大学钢结构课程中进行了应用和示范,取得了良好的教学效果。

案例教学法联合3D打印技术在儿童足踝畸形教学中的应用

目的 探讨案例教学法(case-based learning,CBL)联合3D打印技术在儿童足踝畸形教学中的应用价值。方法 选取2023年1—6月于首都医科大学附属北京儿童医院骨科轮转的40名儿外科学专业型硕士研究生作为研究对象。采用随机数字表法将40名研究对象随机分为试验组和对照组,每组20名。对照组及试验组的学习内容均为儿童常见足踝畸形,包括先天性马蹄内翻足、先天性垂直距骨、高弓内翻足、扁平外翻足的解剖特点、诊断标准及治疗原则。对照组采用传统教学法讲解,利用足踝畸形患儿的影像学资料及正常踝关节模型进行授课。试验组采用基于足踝畸形3D打印模型的CBL模式进行教学。即从首都医科大学附属北京儿童医院影像科调取足踝畸形的电子计算机断层扫描(computed tomography,CT)数据资料,制作3D打印模型,教师借助3D模型为试验组进行立体展示,对足踝畸形的解剖结构、诊断要点及治疗方案进行讲解。课后通过主观问卷及客观考核判断教学效果。结果 试验组在主观问卷调查自我评价得分和客观考核得分方面,均优于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论 CBL联合3D打印技术的教学模式可提高学生对儿童足踝畸形的理解和掌握,弥补传统教学的不足,具备更好的教学效果。

3D打印技术在腹主动脉瘤腔内治疗中的应用进展

腹主动脉瘤(abdominal aortic aneurysm,AAA)是最常见的血管疾病之一。AAA的患病率随年龄增加而增加,破裂的风险随动脉瘤直径大小的增加而增加。尽管择期手术的死亡率通常低于4%,但肾下AAA(infrarenal abdominal aortic aneurysm,rAAA)破裂是一种危及生命的紧急情况,即使接受修复死亡率也高达30%~50%^([1])。

基于3D打印技术的术前评估在大龄儿童发育性髋关节发育不良截骨术治疗中的应用

目的:探究基于3D打印技术的术前评估在大龄儿童发育性髋关节发育不良(DDH)截骨术治疗中的应用效果。方法:回顾性分析我院2021年1月—2023年1月采用截骨术治疗的60例大龄DDH患儿病例资料,根据术前手术方案的制定分为研究组(30例)和对照组(30例)。研究组术前根据患儿CT影像数据,利用3D打印技术进行模型打印并设计手术方案,同时进行手术操作模拟,根据3D模型进行骨盆截骨联合股骨近端截骨术;对照组根据术前患儿三维CT影像资料制定手术方案,进行骨盆截骨联合股骨近端截骨术。观察比较2组手术时长、术中X射线透视次数以及术中出血量;对2组患儿进行术后随访,记录比较2组随访期间并发症发生情况,采用Mckay髋关节功能评分标准对末次随访的临床疗效进行评定。结果:研究组患儿手术时长与术中出血量均较对照组明显更少(P<0.05),2组术中X射线透视次数无显著差异(P>0.05);2组患儿均按术前设定手术方案及模拟手术操作顺利完成手术,对全部患儿进行1~3年的随访,均未出现术后感染、内固定器断裂以及畸形愈合等并发症情况;研究组患儿临床疗效的优良率(90.00%)高于对照组(73.33%),但组间对比无显著差异(P>0.05)。结论:应用3D打印技术在大龄儿童DDH截骨术中的应用效果显著,对制定个体化的诊疗方案起到了重要作用,能够有效缩短手术时间,减少患儿术中出血。

3D打印辅助技术对短瘤颈复杂腹主动脉瘤的临床应用价值

目的探究3D打印辅助技术对短瘤颈复杂腹主动脉瘤(AAA)的临床应用价值。方法回顾性分析短瘤颈复杂AAA患者60例,根据是否采用3D辅助打印技术将上述研究对象划分为常规干预组(n=32)、3D打印组(n=28);常规干预组患者接受腹主动脉CT血管造影(CTA)检查;3D打印干预组在常规干预组的基础之上联合3D打印技术辅助检查。比较两组术前预测、术中测量得到的瘤颈最大直径、瘤腔最大直径、瘤体最大直径、瘤颈与正常腹主动脉夹角(a角)、瘤颈与腹主动脉中轴夹角(b角)之间的差异;记录并比较术前、术后3个月患者真腔最大直径、假腔最大直径、瘤体最大直径。结果两组研究对象瘤颈最大直径、瘤腔最大直径、瘤体最大直径的术前评估结果与术中测量结果比较差异均无统计学意义(P>0.05);然而常规干预组a角、b角术前评估与术中测量结果有一定差异性(P<0.05);两组患者术后3个月与术前相比,真腔直径扩大、假腔直径以及瘤体直径缩小,且3D打印组变化更加显著(P<0.05)。结论3D打印技术辅助腹主动脉CTA可精准还原重建图像,对短瘤颈AAA患者术前评估、手术方案的抉择以及手术效果具有积极的影响,值得临床借鉴应用。

3D打印技术联合CBL教学模式在血管外科临床教学中的应用

目的探讨3D打印技术联合案例教学法在血管外科临床教学中的应用。方法2022~2023年期间,选取血管外科实习学生124例,分组方法为随机数表法,分为对照组(62例,传统教学模式)和研究组(62例,3D打印技术联合CBL教学模式),比较两组考核成绩、教学效果、学习能力和教学满意度。结果与对照组比较,研究组基础理论知识、实践操作评分更高(P<0.05);加强师生交流、加强临床思维能力、加强文献筛查能力、提高课程兴趣、提升学习积极性、对教学效果满意等更百分比更高(P<0.05)。总结能力、查阅文献能力、逻辑思维能力、团队协作能力、写作能力、动手能力、沟通能力更高(P<0.05);教学满意度总分更高(P<0.05)。结论3D打印技术联合CBL教学模式应用在血管外科临床教学中,可提高考核成绩和教学效果、学习能力以及教学满意度。

3D打印技术在口腔医学、颌面外科修复重建中的作用与优势

背景:3D打印技术独特的优势为口腔医学的发展开拓了新的思路。目的:总结3D打印技术在口腔医学中的应用进展。方法:利用计算机检索中国知网和PubMed数据库,以“3D打印,口腔科学”为中文检索词进行分类检索,以“Three-Dimensional printing,stomatology,Dentistry,prosthodontics,oral implant,orthodontics,oral and maxillofacial surgery,dental pulp disease,periodontitis”为英文检索词进行关键词检索,经阅读初步排除与文章主题不相符的文献,根据纳入标准和排除标准,最终纳入54篇文献进行汇总。结果与结论:在口腔医学领域,3D打印技术的应用范围正迅速拓展,逐步取代传统的临床诊断和治疗方式,通过结合数字化技术和先进的材料科学,3D打印可以精确地创建三维模型,为口腔疾病治疗提供了个性化解决方案,确保医师能够在手术前进行详尽的规划和预览,提高手术的安全性。3D打印技术在定制化义齿制作、个性化种植、无托槽隐形矫治等多方面呈现出了显著优势,基于此项技术,医师可以根据患者口腔结构和需求实行精准设计与制作,为患者带来良好的治疗体验和预后效果。3D打印技术在微创牙髓治疗及牙周组织再生方面也展现出了巨大潜力,3D打印的支架和植入物可为干细胞提供适宜环境,促进牙周组织的再生和修复,但目前3D打印在再生治疗仍处于发展阶段,还需更多的研究和实践来验证其临床应用的效果和安全性。

创伤骨科内固定物应用3D打印技术的临床进展

3D打印技术为一种新兴制造业技术,目前已经应用于多个学科领域,其具有个性化,精准化的优势.在临床医疗领域的应用多与硬组织损伤相关,如创伤骨科、口腔科等科室,可以在术前诊断、手术方案演练、内置物定制等多个方面发挥其作用,为医生操作提供便利的同时,也有利于患者的预后.本文对创伤骨科内固定物应用3D打印技术的临床进展进行综述,旨在为3D打印技术在创伤骨科中的应用提供参考.

3D打印技术用于经鼻蝶窦入路垂体腺瘤切除术应用效果及对血清MMP-9和IGF-1水平的影响

目的:探究3D打印技术在经鼻蝶窦入路垂体腺瘤(PA)切除术的应用效果及对血清基质金属蛋白酶-9(MMP-9)和胰岛素样生长因子-1(IGF-1)水平的影响。方法:选取2020年5月至2022年5月秦皇岛市第一医院收治的84例PA患者,按照随机数表法将其分为观察组和对照组,每组42例。对照组行经鼻蝶窦入路垂体腺瘤切除术,观察组行经鼻蝶窦入路垂体腺瘤切除术联合应用3D打印技术,比较两组肿瘤切除效果、围术期指标、视力改善情况、MMP-9和IGF-1水平,以及鼻腔功能的鼻气道阻力(NAR)、T&T嗅觉测试评分及并发症。结果:观察组肿瘤切除效果优于对照组,差异有统计学意义(U=2.286,P<0.05);观察组手术时间、术中出血量及住院时间均少于对照组,差异有统计学意义(t=4.780、11.438、11.842,P<0.05);术后3 d、7 d时观察组血清MMP-9和IGF-1水平低于对照组,差异有统计学意义(F=7.526、4.985,P<0.05);术后1个月、3个月时观察组NAR及T&T嗅觉测试评分低于对照组,差异有统计学意义(F=6.359、8.436,P<0.05);两组视力视野改善情况及并发症发生率比较,差异无统计学意义(P>0.05)。结论:3D打印技术用于经鼻蝶窦入路垂体腺瘤切除术可提高肿瘤切除效果,优化手术操作,减少创伤,有利于减轻疼痛,改善嗅觉功能与视力视野,并能降低血清MMP-9、IGF-1水平,且安全性较高。

3D打印联合影像融合技术在主动脉腔内治疗教学中的应用

探讨3D打印联合影像融合技术在血管外科主动脉疾病腔内治疗教学中应用的效果。2020年3月至2023年10月在解放军总医院第一医学中心血管外科进行住院医师规范化轮转培训的60名学员的教学结果显示,该方法能提升学员学习兴趣,使其快速掌握主动脉瘤的解剖结构,了解腔内治疗的基本原理和技能,为血管外科临床教学模式改进提供新的思路。

3D打印技术在跟骨骨折手术治疗中的应用效果

目的:观察跟骨骨折手术治疗中应用3D打印技术的效果。方法:选取2023年1—12月固原市人民医院收治的跟骨骨折患者72例,均行手术治疗,按照随机1︰1方式将患者分为对照组和观察组,每组36例。对照组患者在CT二维图像与X线图像辅助下行切开复位内固定治疗,观察组患者采用3D打印技术对钢板预塑形后再于CT二维图像与X线图像辅助下行切开复位内固定治疗。比较两组患者围术期指标、治疗效果、视觉模拟评分法(VAS)评分、Maryland足部功能评分、跟骨愈合情况及并发症。结果:观察组手术时间、术中出血量、住院时间短于或少于对照组,总有效率高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。治疗前,两组VAS评分、Maryland足部功能评分、Gissane角、Bohler角差异无统计学意义(P>0.05);治疗后,观察组患者VAS评分、Gissane角低于或小于对照组,Maryland足部功能评分、Bohler角高于或大于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论:跟骨骨折手术治疗中应用3D打印技术可以提高治疗效果,降低手术对机体的创伤,缩短手术时间,促进术后快速愈合,减少术后并发症,提高手术安全性,值得临床应用。

3D打印技术在舰船管系三维建模设计中的应用

为提升复杂结构舰船管系的设计灵活性,研究3D打印技术在舰船管系三维建模设计中的应用。利用CAD软件建立舰船管系的二维模型,依据舰船管系三角面片的交线段,确定舰船管系的点、线、面关系,将其转换为舰船管系三维模型。将舰船管系三维模型,导入切片软件中,利用切片引擎运行3D打印切片引擎增强处理算法,切片处理舰船管系三维模型,输出舰船管系三维模型的Gcode代码文件。将Gcode代码导入3D打印机,采用Z字填充法填充舰船管系3D打印材料,实现舰船管系模型的3D打印。实验结果表明,该方法可以精准打印舰船管系三维模型,打印结果的尺寸偏差小,提升了舰船管系设计的灵活性。