快速成型技術(shù)輔助醫(yī)學(xué)影像技術(shù)在教學(xué)醫(yī)院神經(jīng)外科研究生教學(xué)中的實(shí)踐探索

王昊，葉迅，趙元立

3D打印技術(shù)即“快速成型技術(shù)”，也稱為“增材制造技術(shù)”，是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)[1]。目前，在神經(jīng)外科領(lǐng)域，除“睿膜”應(yīng)用于臨床外，主要用于臨床前期的模型制作和手術(shù)模擬。醫(yī)學(xué)影像技術(shù)輔助教學(xué)，是指將患者影像學(xué)資料利用影像歸檔和通訊（picture archiving and communication systems，PACS）系統(tǒng)進(jìn)行再現(xiàn)，使學(xué)生對(duì)生理、病理的空間結(jié)構(gòu)有較深刻的認(rèn)識(shí)[2]。

神經(jīng)外科屬于三級(jí)學(xué)科，低年研究生幾乎沒有神經(jīng)外科經(jīng)驗(yàn)，故急需一種培訓(xùn)方案使他們能早期適應(yīng)臨床工作。本研究使用3D打印輔助傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)教學(xué)，探索對(duì)醫(yī)學(xué)生進(jìn)行臨床前實(shí)踐新的培訓(xùn)方法，報(bào)告如下。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象 首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院神經(jīng)外科一年級(jí)碩士研究生10名，均為本科應(yīng)屆畢業(yè)生，無(wú)神經(jīng)外科臨床經(jīng)驗(yàn)。

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

圖像觀察設(shè)備：東軟Neurosoft PACS/RIS Version 3.1。

3D打印設(shè)備：Cube 3 systems 3D打印機(jī)；Objece 350 Connex 3 3D打印機(jī)。

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

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

教師授課方式：①帶領(lǐng)學(xué)生復(fù)習(xí)《神經(jīng)外科學(xué)》第十二章（顱腦損傷）、第三十章（蛛網(wǎng)膜下腔出血和動(dòng)脈瘤）內(nèi)容；協(xié)助學(xué)生學(xué)習(xí)《RHOTON顱腦解剖與手術(shù)入路》第二部分第二章（幕上動(dòng)脈）、第三章（動(dòng)脈瘤）。②結(jié)合病例，對(duì)學(xué)生進(jìn)行基礎(chǔ)知識(shí)（重點(diǎn)是解剖）的提問。③使用3D打印技術(shù)，打印出頭顱顱骨模型（含顱骨缺損骨窗）、動(dòng)脈瘤模型。④結(jié)合3D打印模型，再次向?qū)W生講解手術(shù)解剖及術(shù)中注意事項(xiàng)。⑤總結(jié)學(xué)生對(duì)3D打印技術(shù)輔助醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的評(píng)價(jià)。

2 結(jié)果

學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識(shí)及病變影像后，對(duì)疾病的空間結(jié)構(gòu)有了初步的認(rèn)識(shí)。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(guān)系等；動(dòng)脈瘤病例中，對(duì)動(dòng)脈瘤的形態(tài)、與載瘤動(dòng)脈的關(guān)系有了明確的認(rèn)識(shí)，但尚不能很好地判斷動(dòng)脈瘤與顱骨及腦組織的關(guān)系等。

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

圖1 3D打印顱骨缺損病例模型

圖2 3D打印動(dòng)脈瘤病例模型

使用3D打印模型進(jìn)行二次教學(xué)，在學(xué)習(xí)顱骨缺損病例過(guò)程中，學(xué)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(guān)材料進(jìn)行顱骨修補(bǔ)；在學(xué)習(xí)動(dòng)脈瘤病例過(guò)程中，學(xué)生能很好地判斷動(dòng)脈瘤與顱骨、腦組織的關(guān)系，并在教師的指導(dǎo)下，從翼點(diǎn)入路的視角觀察動(dòng)脈瘤的形態(tài)。

由于3D打印的高仿真性，學(xué)生在觀察動(dòng)脈瘤病例模型后，對(duì)顱底骨質(zhì)的解剖，如“星點(diǎn)”的位置、顱底各個(gè)孔洞的結(jié)構(gòu)關(guān)系等有了更深刻的認(rèn)識(shí)，并指出傳統(tǒng)顱骨教具存在的錯(cuò)誤。這個(gè)收獲是超出最初研究設(shè)計(jì)預(yù)期的。

除相關(guān)疾病知識(shí)外，學(xué)生表現(xiàn)出了對(duì)3D打印技術(shù)的濃厚興趣，并提問了3D打印顱骨修補(bǔ)和傳統(tǒng)的顱骨修補(bǔ)的區(qū)別，以及如何改進(jìn)技術(shù)使3D打印的動(dòng)脈瘤與實(shí)際病變?cè)谫|(zhì)地上相近等問題。

使用滿意度量表評(píng)估，90%以上的學(xué)生認(rèn)可這種新型教學(xué)方式，50%的學(xué)生認(rèn)為如果提升3D打印速度，將更有利于教學(xué)的開展。

3 討論

神經(jīng)外科低年級(jí)研究生參加神經(jīng)外科手術(shù)機(jī)會(huì)較少，對(duì)神經(jīng)外科的認(rèn)識(shí)僅限于理論層面。因此，應(yīng)盡快讓學(xué)生了解疾病、熟悉解剖、熟練手術(shù)配合，而熟悉解剖這一環(huán)節(jié)則是本研究的重點(diǎn)。理想的神經(jīng)外科教學(xué)的教學(xué)應(yīng)該是在教授學(xué)生一定的理論知識(shí)作為基礎(chǔ)后，進(jìn)行直觀的臨床前實(shí)踐，再進(jìn)行真實(shí)的臨床實(shí)踐，更進(jìn)一步加深認(rèn)識(shí)[3-4]。

臨床上廣泛使用的醫(yī)學(xué)影像技術(shù)，指導(dǎo)了臨床醫(yī)生對(duì)疾病的認(rèn)識(shí)、判斷，對(duì)外科醫(yī)生來(lái)說(shuō)，精準(zhǔn)的定位，充分的術(shù)前計(jì)劃已不能離開該技術(shù)的輔助。在教學(xué)醫(yī)院，由于醫(yī)學(xué)教學(xué)與臨床密不可分，這種技術(shù)，就自然而然的引入教學(xué)中來(lái)，它能使學(xué)生將書本上的平面知識(shí)轉(zhuǎn)化為立體知識(shí)，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)病變的空間結(jié)構(gòu)和比鄰，引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)由書本向?qū)嵺`轉(zhuǎn)化。但傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)影像技術(shù)是一種僅能使學(xué)生實(shí)現(xiàn)對(duì)疾病的“看得見”，而對(duì)于臨床經(jīng)驗(yàn)不豐富的研究生來(lái)說(shuō)，如果能實(shí)現(xiàn)“摸得著”，則能有更好的教學(xué)意義。

3D打印技術(shù)將影像掃描獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)一步還原，并實(shí)體打印出來(lái)，其個(gè)性化特點(diǎn)突出：①使用3D打印技術(shù)將骨性結(jié)構(gòu)還原后，學(xué)生可以直接觀察、觸摸、測(cè)量，有助于理解。而且3D打印模型的仿真程度明顯優(yōu)于傳統(tǒng)石膏教具。②有利于周圍解剖關(guān)系復(fù)雜的顱內(nèi)病變的教學(xué)。利用影像學(xué)技術(shù)，可以將復(fù)雜的顱內(nèi)病變準(zhǔn)確顯示，對(duì)臨床和教學(xué)都非常有用。不過(guò)，即使使用先進(jìn)的重建技術(shù)，在計(jì)算機(jī)上觀察病變與周圍結(jié)構(gòu)的關(guān)系，受旋轉(zhuǎn)角度、光線、經(jīng)驗(yàn)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(duì)病變的暴露程度，直觀感受有很大提升。

在教學(xué)實(shí)踐中，我們也發(fā)現(xiàn)了3D打印的不足：①打印時(shí)間長(zhǎng)，這在一定程度上限制了其在教學(xué)方面的使用。②3D打印在形態(tài)上可以很好地還原病變的空間結(jié)構(gòu)，但由于國(guó)內(nèi)材料的限制，不能完全還原病變的質(zhì)感。以動(dòng)脈瘤打印為例，真實(shí)的動(dòng)脈瘤是柔軟、彈性、中空的，國(guó)外已有解決辦法[5]，國(guó)內(nèi)的技術(shù)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(xué)生在掌握理論知識(shí)、熟悉解剖知識(shí)后，必須要通過(guò)臨床實(shí)踐鍛煉，而帶教老師更不能因?yàn)殚_展3D打印的教學(xué)而忽視實(shí)踐教學(xué)，要盡可能地指導(dǎo)學(xué)生加強(qiáng)手術(shù)操作。

1 李青，王青. 3D 打印：一種新興的學(xué)習(xí)技術(shù)[J]. 遠(yuǎn)程教育雜志，2013，4：29-35.

2 高麗，李萍，袁貴生，等. 醫(yī)學(xué)影像學(xué)數(shù)字化教學(xué)的初步研究[J]. 中國(guó)醫(yī)院管理雜志，2010，30：51.

3 焦麗珍. 神奇的“經(jīng)驗(yàn)之塔”—《視聽教學(xué)法之理論》[J]. 現(xiàn)代教育技術(shù)，2012，22：126.

4 張燕翔，朱赟，董東，等. 從“經(jīng)驗(yàn)之塔”理論看增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教學(xué)媒體優(yōu)勢(shì)研究[J]. 現(xiàn)代教育技術(shù)，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.