3D打印腎臟模型和CT影像在住院醫(yī)師教學(xué)過(guò)程中的對(duì)比應(yīng)用

田曉軍，邱 敏，顏 野，劉 茁，馬潞林

(北京大學(xué)第三醫(yī)院，北京 100191)

3D打印(Three Dimensional Printing)技術(shù)是基于三維數(shù)字模型，形成一個(gè)三維物體，目前主要用于骨科、口腔科、婦科等[1-3]，但該技術(shù)在泌尿外科中的應(yīng)用還未廣泛開(kāi)展。在教學(xué)方面，3D打印技術(shù)從設(shè)計(jì)到實(shí)施的過(guò)程可以滿足教學(xué)需求，使學(xué)生或低年資醫(yī)師對(duì)解剖結(jié)構(gòu)、手術(shù)設(shè)計(jì)、疾病特征等有了更加清晰、直觀、形象的認(rèn)識(shí)，從而達(dá)到更具實(shí)效性、實(shí)用性的教學(xué)目的[4]。本研究選取1例腎錯(cuò)構(gòu)瘤患者，并制作相應(yīng)的3D患側(cè)腎臟模型，對(duì)3D打印技術(shù)在泌尿外科教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行初步研究。

一、資料與方法

1．一般資料。 本組1例左腎錯(cuò)構(gòu)瘤，行后腹腔鏡左腎部分切除術(shù)。納入2015年于北京大學(xué)第三醫(yī)院參與大外科一階段規(guī)范化培訓(xùn)的住院醫(yī)師共106名。其中包含第一年住院醫(yī)師32名，第二年住院醫(yī)師34名以及第三年住院醫(yī)師40名。

2．方法與設(shè)計(jì)。 術(shù)前泌尿系CT平掃+增強(qiáng)檢查，影像后處理：提取患者CT檢查的D1COM格式文件，使用mimics 17.0數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行后處理。人工去除腎臟周?chē)窘M織，保留并重建腎動(dòng)脈、腎靜脈、集合系統(tǒng)和輸尿管，區(qū)分正常腎臟和占位組織，并對(duì)腎臟模型進(jìn)行縱切、橫切等不同斷面重建，以顯示腫瘤部位及其與周?chē)Y(jié)構(gòu)的關(guān)系。然后打印3D模型。住院醫(yī)師閱片測(cè)試：將住院醫(yī)師隨機(jī)分為A，B兩組，A組住院醫(yī)師僅通過(guò)院內(nèi)影像歸檔信息系統(tǒng)(Picture Archiving and Communication Systems,PACS)查看增強(qiáng)CT，B組住院醫(yī)師可同時(shí)查閱CT影像和3D打印模型；閱片結(jié)束后，兩組住院醫(yī)統(tǒng)一回答針對(duì)該患者局部解剖情況設(shè)計(jì)的試題。最后讓A組住院醫(yī)查看3D打印模型，并接受3D打印技術(shù)的自擬問(wèn)卷滿意度調(diào)查。統(tǒng)計(jì)分析：應(yīng)用SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。對(duì)A/B兩組住院醫(yī)的答題正確率等分類變量進(jìn)行卡方檢驗(yàn)，比較A/B兩組間差異。

二、結(jié) 果

根據(jù)既定參數(shù)及設(shè)定，制備出2只聚乳酸腎臟剖面模型，以及1只四色光敏樹(shù)脂模型，其中動(dòng)脈和腫物為紅色，靜脈為藍(lán)色，皮質(zhì)為透明，腎盂輸尿管為紫色，通過(guò)皮質(zhì)可以觀察腎臟內(nèi)部結(jié)構(gòu)。所有模型均為等比打印。

針對(duì)該例患者血管解剖及腫物特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了包含4道選擇題的問(wèn)卷，A、B兩組共計(jì)106名住院醫(yī)師分別按程序獨(dú)立完成了問(wèn)卷(見(jiàn)表1)。總體上看A組住院醫(yī)師正確率低于B組，且存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P=0.008，精確樣本卡方檢驗(yàn))。但如果以具體問(wèn)題為細(xì)分，可以發(fā)現(xiàn)A、B兩組的差異主要源于問(wèn)題一(P<0.05)和問(wèn)題二(P<0.05)，即設(shè)計(jì)腎動(dòng)脈分支數(shù)目及靜脈和腎盂相對(duì)位置關(guān)系的判斷。而對(duì)于涉及腫物相對(duì)于腎臟整體的位置關(guān)系時(shí)，兩組間并未表現(xiàn)出明顯差異(問(wèn)題三，P=0.105；問(wèn)題四，P=0.088)。上述結(jié)果表明3D打印模型，對(duì)腎門(mén)部位的精細(xì)解剖關(guān)系闡述更為清晰明確。

表1 北京大學(xué)第三醫(yī)院外科住院醫(yī)師3D打印與CT閱片對(duì)比學(xué)習(xí)問(wèn)卷測(cè)試結(jié)果

A組完成第一輪答題之后，得以接觸到3D打印腎臟模型，比對(duì)PACS系統(tǒng)進(jìn)行閱片。完成二次閱片和實(shí)物比對(duì)后，56名住院醫(yī)師獨(dú)立填寫(xiě)了3D打印滿意度問(wèn)卷(見(jiàn)表2)。

表2 A組住院醫(yī)師對(duì)3D打印模型的滿意度評(píng)分(0-10分)分)

三、討 論

3D打印技術(shù)本質(zhì)上是一種增材制造技術(shù)，是通過(guò)計(jì)算機(jī)先把二位影像學(xué)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為三維通用數(shù)據(jù)，再將三維通用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為噴頭路徑數(shù)據(jù)的制造過(guò)程。醫(yī)學(xué)3D打印技術(shù)在近幾年開(kāi)始迅猛發(fā)展[5-6]。醫(yī)學(xué)3D打印具有精確化、個(gè)性化、具體化等特點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于骨科、成形科和泌尿科[7]等相關(guān)領(lǐng)域。

本研究重點(diǎn)將3D打印技術(shù)應(yīng)用于泌尿外科教學(xué)研究。通過(guò)選擇典型病例，來(lái)探究住院醫(yī)師通過(guò)3D打印技術(shù)對(duì)于不同類型解剖結(jié)構(gòu)的闡述能力。從結(jié)果上看，接觸3D打印模型組的住院醫(yī)師答題正確率明顯高于僅接觸CT片的住院醫(yī)，這在總體上是存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異的。臨床醫(yī)師通過(guò)判讀CT片就大致能夠掌握確切信息，而對(duì)于諸如血管等精細(xì)結(jié)構(gòu)的重建，則不能通過(guò)CT斷層片獲取足夠精確的信息。而此種情況下，接近實(shí)體的3D打印模型，就能發(fā)揮出明顯的優(yōu)勢(shì)。

3D打印技術(shù)，其實(shí)對(duì)于臨床大夫來(lái)說(shuō)并不陌生。例如我院采用的GE影像學(xué)整體解決方案，在提供CT斷層片的同時(shí)，也會(huì)對(duì)主要?jiǎng)用}、腎盂進(jìn)行簡(jiǎn)單的三維重建[8]。其實(shí)這種重建，本身就是3D打印技術(shù)的核心步驟，本研究中使用的3D重建技術(shù)，從數(shù)據(jù)源來(lái)說(shuō)，與醫(yī)院PACS系統(tǒng)同源，但本例腎臟模型經(jīng)過(guò)資深臨床醫(yī)師進(jìn)行數(shù)字建模，能夠清晰、明確的顯示腎動(dòng)脈、腎段一級(jí)和二級(jí)分支動(dòng)脈，能夠完整保留集合系統(tǒng)，完整展示腎臟實(shí)質(zhì)和腫瘤基底的內(nèi)在位置關(guān)系，且經(jīng)過(guò)光敏樹(shù)脂打印的模型基本上100%還原了數(shù)字模型的特征，因此從臨床效用來(lái)說(shuō)，比傳統(tǒng)3D重建向前跨越了一大步[9-10]。

通過(guò)本文研究，可以發(fā)現(xiàn)人腦對(duì)于CT斷層影像的三維重建能力是有限的，這種能力的上限隨著臨床經(jīng)驗(yàn)的增加而拓展，但對(duì)于精細(xì)結(jié)構(gòu)的判斷，往往存在不足。基于臨床個(gè)體化影像信息的3D打印等比模型，能夠直觀、實(shí)時(shí)、多維度真是還原真實(shí)解剖結(jié)構(gòu)，作為提高住院醫(yī)師臨床閱片能力的培訓(xùn)手段，擁有巨大前景。