快速成型技術輔助醫學影像技術在教學醫院神經外科研究生教學中的實踐探索

王昊，葉迅，趙元立

3D打印技術即“快速成型技術”，也稱為“增材制造技術”，是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術[1]。目前，在神經外科領域，除“睿膜”應用于臨床外，主要用于臨床前期的模型制作和手術模擬。醫學影像技術輔助教學，是指將患者影像學資料利用影像歸檔和通訊（picture archiving and communication systems，PACS）系統進行再現，使學生對生理、病理的空間結構有較深刻的認識[2]。

神經外科屬于三級學科，低年研究生幾乎沒有神經外科經驗，故急需一種培訓方案使他們能早期適應臨床工作。本研究使用3D打印輔助傳統醫學影像技術教學，探索對醫學生進行臨床前實踐新的培訓方法，報告如下。

1 對象與方法

1.1 研究對象 首都醫科大學附屬北京天壇醫院神經外科一年級碩士研究生10名，均為本科應屆畢業生，無神經外科臨床經驗。

1.2 材料與方法 圖像產生設備：西門子Verio 3.0T磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）機，西門子Trio Tim 3.0T MRI機，GE Discovery計算機斷層掃描（computed tomography，CT），750飛利浦FD20數字減影血管造影（digital subtraction angiography，DSA）機。

圖像觀察設備：東軟Neurosoft PACS/RIS Version 3.1。

3D打印設備：Cube 3 systems 3D打印機；Objece 350 Connex 3 3D打印機。

神經外科病例：顱骨缺損（外傷后左額顳顱骨缺損）1例、大腦中動脈瘤（右側）1例。

輔助教材：《神經外科學》（第3版）趙繼宗、周定標主編；《RHOTON顱腦解剖與手術入路》劉慶良主譯。

教師授課方式：①帶領學生復習《神經外科學》第十二章（顱腦損傷）、第三十章（蛛網膜下腔出血和動脈瘤）內容；協助學生學習《RHOTON顱腦解剖與手術入路》第二部分第二章（幕上動脈）、第三章（動脈瘤）。②結合病例，對學生進行基礎知識（重點是解剖）的提問。③使用3D打印技術，打印出頭顱顱骨模型（含顱骨缺損骨窗）、動脈瘤模型。④結合3D打印模型，再次向學生講解手術解剖及術中注意事項。⑤總結學生對3D打印技術輔助醫學影像技術的評價。

2 結果

學生在學習理論知識及病變影像后，對疾病的空間結構有了初步的認識。顱骨缺損病例中，初步了解顱骨缺損骨瓣的大小、位置、與眼眶及顴弓的解剖關系等；動脈瘤病例中，對動脈瘤的形態、與載瘤動脈的關系有了明確的認識，但尚不能很好地判斷動脈瘤與顱骨及腦組織的關系等。

3D打印模型成功，但耗時較長，顱骨缺損模型（圖1）由我院3D打印中心打印，耗時約24 h；動脈瘤模型（圖2）由清華大學生物制造中心打印，耗時約18 h。

圖1 3D打印顱骨缺損病例模型

圖2 3D打印動脈瘤病例模型

使用3D打印模型進行二次教學，在學習顱骨缺損病例過程中，學生能直觀地了解該病例顱骨的大小、骨窗缺損的程度，并嘗試使用相關材料進行顱骨修補；在學習動脈瘤病例過程中，學生能很好地判斷動脈瘤與顱骨、腦組織的關系，并在教師的指導下，從翼點入路的視角觀察動脈瘤的形態。

由于3D打印的高仿真性，學生在觀察動脈瘤病例模型后，對顱底骨質的解剖，如“星點”的位置、顱底各個孔洞的結構關系等有了更深刻的認識，并指出傳統顱骨教具存在的錯誤。這個收獲是超出最初研究設計預期的。

除相關疾病知識外，學生表現出了對3D打印技術的濃厚興趣，并提問了3D打印顱骨修補和傳統的顱骨修補的區別，以及如何改進技術使3D打印的動脈瘤與實際病變在質地上相近等問題。

使用滿意度量表評估，90%以上的學生認可這種新型教學方式，50%的學生認為如果提升3D打印速度，將更有利于教學的開展。

3 討論

神經外科低年級研究生參加神經外科手術機會較少，對神經外科的認識僅限于理論層面。因此，應盡快讓學生了解疾病、熟悉解剖、熟練手術配合，而熟悉解剖這一環節則是本研究的重點。理想的神經外科教學的教學應該是在教授學生一定的理論知識作為基礎后，進行直觀的臨床前實踐，再進行真實的臨床實踐，更進一步加深認識[3-4]。

臨床上廣泛使用的醫學影像技術，指導了臨床醫生對疾病的認識、判斷，對外科醫生來說，精準的定位，充分的術前計劃已不能離開該技術的輔助。在教學醫院，由于醫學教學與臨床密不可分，這種技術，就自然而然的引入教學中來，它能使學生將書本上的平面知識轉化為立體知識，進一步認識病變的空間結構和比鄰，引導學生的學習由書本向實踐轉化。但傳統的醫學影像技術是一種僅能使學生實現對疾病的“看得見”，而對于臨床經驗不豐富的研究生來說，如果能實現“摸得著”，則能有更好的教學意義。

3D打印技術將影像掃描獲得的數據進一步還原，并實體打印出來，其個性化特點突出：①使用3D打印技術將骨性結構還原后，學生可以直接觀察、觸摸、測量，有助于理解。而且3D打印模型的仿真程度明顯優于傳統石膏教具。②有利于周圍解剖關系復雜的顱內病變的教學。利用影像學技術，可以將復雜的顱內病變準確顯示，對臨床和教學都非常有用。不過，即使使用先進的重建技術，在計算機上觀察病變與周圍結構的關系，受旋轉角度、光線、經驗等影響較大。3D打印病變后，其觀察角度不受限制，并可以探討各種入路對病變的暴露程度，直觀感受有很大提升。

在教學實踐中，我們也發現了3D打印的不足：①打印時間長，這在一定程度上限制了其在教學方面的使用。②3D打印在形態上可以很好地還原病變的空間結構，但由于國內材料的限制，不能完全還原病變的質感。以動脈瘤打印為例，真實的動脈瘤是柔軟、彈性、中空的，國外已有解決辦法[5]，國內的技術尚有待提高。

3D打印的病變雖然能做到高仿真、高模擬，但與臨床仍有差距，學生在掌握理論知識、熟悉解剖知識后，必須要通過臨床實踐鍛煉，而帶教老師更不能因為開展3D打印的教學而忽視實踐教學，要盡可能地指導學生加強手術操作。

1 李青，王青. 3D 打印：一種新興的學習技術[J]. 遠程教育雜志，2013，4：29-35.

2 高麗，李萍，袁貴生，等. 醫學影像學數字化教學的初步研究[J]. 中國醫院管理雜志，2010，30：51.

3 焦麗珍. 神奇的“經驗之塔”—《視聽教學法之理論》[J]. 現代教育技術，2012，22：126.

4 張燕翔，朱赟，董東，等. 從“經驗之塔”理論看增強現實教學媒體優勢研究[J]. 現代教育技術，2012，22：22-25.

5 Mashiko T，Otani，Kawano R，et al. Development of three-dimensional hollow elastic model for cerebral aneurysm clipping simulation enabling rapid and low cost prototyping[J]. World Neurosurgery，2015，83：351-361.