3D打印技術在神經外科神經腫瘤亞專科臨床帶教中的應用

孫偉 蔡錚 黃瑾翔 洪新杰

摘要：目的? 將3D打印教具應用于神經外科顱腦腫瘤亞專業的臨床教學中，探索該方法的教學效果。方法：隨機抽取在長征醫院神經外科神經腫瘤病區輪轉的上海住院醫師規范化培訓學員進入研究。按其輪轉先后順序進行編號，通過統計軟件SPSS 18.0隨機分組，試驗組30人，對照組30人。挑選典型的鞍區垂體巨腺瘤、前床突腦膜瘤、三叉神經鞘瘤、聽神經瘤病例，使用MRI增強掃描，數字成像及3D打印技術制成3D樹脂標本。對照組采用單純常規教學法，試驗組在此基礎上結合3D打印標本進行臨床帶教。對兩組學員的基本資料、出科考成績進行統計學對比。結果： 兩組學員在性別、年齡、經管病人數及教學滿意度方面無統計學差異（p>0.05）;在出科理論考核成績方面，試驗組82.6±1.1分，對照組75.8±0.7分，差異有統計學意義（p<0.001）。結論： 3D打印技術對神經外科神經腫瘤亞專業教學效果有輔助促進作用，具有良好的教學應用前景。

關鍵詞：三維;打印;教學;神經腫瘤

【中圖分類號】R02??? 【文獻標識碼】A?? ?【文章編號】2107-2306（2019）03-033-02

神經外科學神經腫瘤亞學科具有專業性強，臨床病例復雜多變，手術風險高等特征，同時，顱內解剖結構復雜精細。而對于顱內解剖學知識的熟練掌握和術前手術入路的設計選擇則是開展神經腫瘤手術的基礎，這個過程需要經過嚴格的系統性訓練。目前，傳統的住院醫師培訓和手術計劃幾乎完全依賴于平面化的解剖圖譜、CT斷層成像和磁共振圖像。由于尸頭解剖在住院醫師臨床帶教中可操作性低，因此僅用二維圖像和書本文字是很難達到教學效果的。當前，外科教育模式已逐漸由傳統的經驗為基礎的培訓計劃向外科模型模擬訓練進行轉變，最近在骨科、血管外科的研究表明，外科模型可以有助于醫生解剖知識的學習并優化外科手術，而3D打印在這個模式轉變過程中扮演著越來越重要的角色。本研究擬將3D打印教具應用于神經腫瘤亞專業的臨床教學中，探索該方法的教學效果。

1.對象與方法：

1.1 對象納入和排除方法：

隨機抽查在上海長征醫院神經外科神經腫瘤病區輪轉的上海住院醫師規范化培訓基地學員進入研究。研究的納入標準：1.長征醫院外科住院醫師規范化培訓基地學員;2.非神經外科專業;3.至少經管過一位神經腫瘤患者。問卷的排除標準：1.資料不完整;2.存在明顯錯誤、前后矛盾而導致結果不可信。3.神經外科本專業學員。

1.2 一般資料

從2015年1月至2019年1月，共60位學員在我科輪轉學習，按其輪轉先后順序進行編號，通過統計軟件SPSS 18.0分組，試驗組30人，對照組30人。被試者年齡24～29歲，平均（26.12±0.21）歲。女學員16人，男學員44人。

1.3 研究方法

由長期承擔第二軍醫大學本科教學工作的兩位高年資醫師（含副主任醫師一名，主治醫師一名）向兩組學員進行統一授課，兩組學員所處的教學環境相同，授課為小班制，每次4-6人，授課內容為20分鐘的“顱腦解剖、顱內常見腫瘤的臨床特點和治療原則”。課堂上結合幻燈、CT圖象、MRI圖像等講授。理論課結束后，兩組學員均參加日常查房、手術及圍手術期患者管理。試驗組完成統一的授課后由一位主治醫師單獨進行3D教具的帶教。挑選鞍區垂體巨腺瘤、前床突腦膜瘤、三叉神經鞘瘤、聽神經瘤病例，使用1.5T磁共振成像系統（Philips，荷蘭）對患者頭顱進行掃描。將所得數據錄入Mimics 15.0軟件（Materialise 公司，比利時）并進行3D數字化模型建模，所得數字模型以“STL”格式輸入銀格3D打印機（SLA-l2，銀格3D打印實業公司，中國），使用Somos 8000 工業級光敏樹脂制作等比例模型[9]。學員們根據打印出來的骨折實物模型，加深對該部分患者病灶局部解剖、手術入路選擇的理解和學習。

1.4 結果評價

神經外科神經腫瘤亞專科輪轉期結束后（平均1月），對兩組學員進行問卷測試，測試內容包括專業考核及一般調查，專業考核為一份總分100分的神經腫瘤理論考卷，題型均為選擇題，主要包括顱腦的局部解剖（35分），顱內常見腫瘤的臨床特點（25分），顱內腫瘤的手術治療（40分）。一般調查內容包括調查對象的年齡、專業、畢業年限、輪轉期間經管神經腫瘤患者數量及對教學的滿意度及建議等等。教學滿意度采用自制量表，根據問卷調查的一般原則制成，總分為100分，該量表由表頭、一般情況及20余個彼此有關系的問題組成。

1.5 統計學分析

所有的調查數據采用雙錄入法，并經核查、校正，直至得到一個正確的數據集。對數據錄入Excel軟件（office 2007，Microsoft公司，美國），結果表示為均數±標準差。所有數據均采用SPSS18.0統計學軟件（SPSS18.0，IBM公司，美國）進行統計分析處理（根據變量類型選擇合適的檢驗方法如方差齊性檢驗、t檢驗和卡方檢驗）。P<0.05視為差異具有統計學意義。

2.結果

試驗組被試者年齡25～29歲，平均（26.10±0.39）歲，男性19人，占63%; 對照組被試者年齡25～29歲，平均（26.31±0.13）歲，男性25人，占83%。兩組在年齡、性別比無統計學差異（p>0.05）。經管神經腫瘤患者數：試驗組人均經管患者6.2±0.2例，對照組人均經管病人6.6±0.2例，兩組數據無統計學差異（p>0.05）。專業課考核成績：試驗組平均82.6±1.1分，對照組平均75.8±0.7分，兩組數據存在統計學差異（p<0.001）。對臨床教員帶教的滿意度方面，試驗組平均92.0±0.8分，對照組平均89.7±0.9分，兩組數據無統計學差異（p>0.05）。

3.討論

學習神經解剖學教材是外科訓練的重要第一步，但教科書圖像只提供了真實的三維解剖的二維靜態圖片。尸體解剖則受限于尸體的來源和數量，無法保證每名學員的動手操作機會因此，三維解剖腦模型同傳統教學方法相結合應用于臨床帶教，對于加深學員的解剖空間印象和提高臨床教學效果具有很有的促進作用。

目前，3D打印已被越來越多的國內外團隊應用于神經外科臨床教學，Mashiko等人從3D打印模型中建立各種動脈瘤的中空彈性模型，并為學員提供機會，以了解動脈瘤的性狀、確定夾閉方向、選擇合適的動脈瘤夾，培訓后的問卷調查結果表明，學員發現這一教學有助于他們的理解顱內動脈瘤的解剖結構和治療方法。國內的楊治榮團隊利用3D打印技術完成了側腦室解剖的3D模型，同時進行教學實踐應用，并取得效果良好。黃慶團隊則利用3D打印技術制作三維立體腦血管疾病模型，在臨床教學中起到了很好的作用。與傳統的教學模式比較，3D打印教具模型能使學員更直觀地理解顱內腫瘤病變及與周圍顱骨骨質、神經、血管的毗鄰關系和三維空間關系，同時可以激發學員的學習興趣，結合傳統的解剖圖譜和影像學圖像，提高學習效率，達到事半功倍的效果。

在這項研究中，我們探索了目前3D打印技術應用于神經外科神經腫瘤亞專業臨床帶教應用的潛力，并創建了個性化的顱內腫瘤模型，以加深學員對于解剖學知識的理解及術前規劃。綜合起來，我們的模型制作簡單，易于復制，材料成本大約人民幣500元，整個制作過程約需要24小時，其中12小時是完全自動化的。它依賴于包括3D打印、成型和鑄造在內的三步制造過程。3D打印可以使用二維橫斷面圖像通過計算機控制的分層沉積來創建三維物體。在醫學領域，人們日益認識到它是一項強大的技術，從X射線、計算機斷層掃描和磁共振成像中可以很容易地獲得橫斷面圖像，有了這些圖像，病人專用的設備和解剖模型可以快速、方便、高效地打印出來。

但是，3D打印應用于神經外科臨床仍有一些不足，許多微小組織如血管和神經、菲薄的組織如硬腦膜、和蛛網膜等無法通過打印實現，因此，3D打印無法脫離傳統的教學模式獨立存在，但隨著計算機技術和材料學技術的發展，3D打印必將在神經外科臨床教學中發揮更重要的作用。