3D打印技術在血管外科主動脈擴張性疾病臨床教學中的應用

袁良喜，劉廣欽，趙志青，包俊敏，陸清聲，景在平

（第二軍醫大學附屬長海醫院，上海 200433）

3D打印技術在血管外科主動脈擴張性疾病臨床教學中的應用

袁良喜，劉廣欽，趙志青，包俊敏，陸清聲，景在平

（第二軍醫大學附屬長海醫院，上海 200433）

目的 探討3D打印技術在血管外科主動脈擴張性疾病臨床教學中的應用。方法 將2015年6月—2016年5月在我科學習的73名住院醫師分為傳統方法教學組（傳統教學組）和3D打印輔助教學組（3D打印教學組），結合本院住院醫師規范化培訓和研究生臨床教學大綱的要求，選取5例典型的主動脈擴張性疾病病例，根據術前CT影像數據，應用3D打印技術制作出主動脈病變部位的三維模型，并據此同時打印出腔內支架移植物，進而模擬腔內隔絕手術。結果 3D打印教學組在對血管系統解剖結構的了解、對主動脈擴張性疾病特征的了解、對腔內手術器具和過程的了解、學習的主動性和自信心方面均優于傳統教學組（P＜0.05），在平均手術時間方面短于傳統教學組（P＜0.05），在模擬手術的效果方面優于傳統教學組（P＜0.01）。結論 3D打印技術對于主動脈擴張性疾病腔內治療的臨床教學具有重要的促進意義，有良好的應用前景。

3D打印技術；主動脈擴張性疾病；血管外科；臨床教學

主動脈擴張性疾病包括主動脈夾層、主動脈瘤等，是血管外科兇險的一類疾病，主動脈擴張性疾病的手術也是心血管系統最復雜的手術之一。長海醫院血管外科在國內率先開展了主動脈擴張性疾病的腔內手術治療，隨著醫學科學的發展，腔內手術治療得到越來越廣泛的應用[1-2]。但主動脈病變個體差異較大，術前需要仔細評估，根據CT等影像學資料測量諸多參數，如動脈瘤大小，瘤頸的長度、大小、角度，是否累及分支動脈等來決定手術方式，并直接影響手術的結果[3-5]。在血管外科的臨床教學中，這些復雜的因素無法直觀地呈現給接受培訓的住院醫生，使他們在理解和接受程度上大打折扣，給住院醫生的臨床教學帶來了困難，對教學效果產生了不利的影響。

3D打印技術興起于20世紀80年代末，這是一種快速成型技術（Rapid Prototyping，RP），是將計算機三維成像技術和多層次連續打印技術結合在一起的一種新興技術，其原理就是以數字模型文件為基礎，通過打印機應用粉末狀可粘合材料，采用分層加工的方式來生成3D實體[6-7]。目前3D打印技術已經廣泛應用于工業、建筑、醫學等諸多領域。

我們將患者術前CT增強檢查的影像學數據應用計算機軟件進行處理，通過3D打印技術打印出主動脈病變的三維解剖實體模型，并據此同時打印出相應的腔內支架移植物的3D模型，將打印出的模型應用于模擬手術，從而使年輕醫生更加直觀地了解病變的解剖結構，使其了解詳盡的手術計劃并模擬手術過程，不僅提高了年輕醫生的學習興趣，而且鍛煉了他們的操作能力，進而達到提升腔內血管外科臨床教學質量的目的，同時強化了術中的配合度、簡化了手術步驟、減少了手術時間。

1 研究對象及方法

1.1 研究對象

將2015年6月—2016年5月在第二軍醫大學附屬長海醫院血管外科學習的73名住院醫師作為研究對象，包括本科室研究生、輪轉研究生、規范化培訓住院醫師、低年資進修醫師4個部分。我們將他們分為兩組，一組（37人）為傳統方法教學組（傳統教學組），另一組（36人）為3D打印輔助教學組（3D打印教學組）。

1.2 方法

結合本院住院醫師規范化培訓和研究生臨床教學大綱的要求，我們選取血管外科5例典型的主動脈擴張性疾病病例（升主動脈假性動脈瘤、降主動脈夾層、胸降主動脈瘤、主動脈弓部動脈瘤和腹主動脈瘤各1例），調取患者術前主動脈CT血管造影檢查的DICOM文件，應用3D打印技術，按照1∶1的比例，制作出主動脈病變部位的三維模型（見圖1），并據此同時按照1∶1的比例打印出相應的腔內支架移植物（見圖2）。將制作的模型應用于3D打印教學組的主動脈擴張性疾病的臨床教學。

教學內容包括：（1）理論知識教學：掌握血管外科主動脈擴張性疾病相關理論知識；了解腔內微創治療的原理及基本操作；了解腔內移植物的基本結構及DSA（數字減影血管造影）系統的基本原理。（2）臨床實踐：參與血管外科主動脈擴張性疾病患者的診療全過程，學習并討論病史、體格檢查結果、實驗室檢查結果及影像學檢查結果；作為手術者在ANGIO Mentor血管介入手術電腦模擬器上進行模擬手術操作，作為第二助手參與主動脈擴張性疾病患者腔內治療的手術過程，3D打印教學組還需要應用3D打印的主動脈病變模型結合解剖教科書熟練掌握血管系統的解剖；應用3D打印的血管腔內移植物在體外循環模擬系統上完成對主動脈病變模型的腔內手術。教學結束后采用問卷調查形式對整體的教學效果進行評價，用SPSS 18.0軟件對結果進行統計分析，率的比較用χ2檢驗。P＜0.05為差異有統計學意義。

圖1 應用3D打印技術制作出的主動脈病變部位的三維模型

圖2 根據術前主動脈CT血管造影資料打印的腔內支架移植物

2 結果

表1 血管外科兩組住院醫師主動脈擴張性疾病的教學效果評價比較（人）

參考相關學者的臨床教學效果評價方法，結合3D打印技術教學的實際情況加以改進。3D打印教學組在對血管系統解剖結構的了解、對主動脈擴張性疾病特征的了解、對腔內手術器具和過程的了解、學習的主動性和自信心方面均優于傳統教學組（P＜0.05），在平均手術時間方面短于傳統教學組（P＜0.05），在模擬手術的效果方面優于傳統教學組（P＜0.01），見表1。

3 討論

隨著國家臨床醫師規范化培訓政策的廣泛實施、研究生教育的改革和上級醫院進修培訓工作的深入開展，住院醫生的臨床培訓目標較以往更加具體和明確，要求越來越高，這對臨床教學工作提出了很多新的挑戰。血管外科作為近年來蓬勃發展的新興學科，是臨床教學工作的難點之一。主動脈擴張性疾病是血管外科最兇險和最復雜的疾病之一，其診斷和治療過程對醫生要求很高。隨著現代影像學檢查技術的發展，主動脈擴張性疾病整體的診斷水平有了顯著提升，尤其是三維重建技術的出現，使醫師可以更加清晰地觀察病變的三維立體結構。然而，對于許多主動脈擴張性疾病，尤其是累及重要動脈分支的復雜性大血管類疾病，其診斷和治療的關鍵在于清晰地認識患者病變部位的解剖結構，了解病變部位的解剖參數，它需要醫學生有足夠的空間想像能力。傳統的教科書圖譜、患者的超聲、CTA/ MRA三維重建等，盡管資料豐富，但是缺乏立體直觀性，很難讓醫學生準確理解。同時，主動脈擴張性疾病的治療以腔內微創手術為主，尤其近年來個體化治療、精準醫療等理念的發展，對腔內血管外科也提出了新的要求。盡管近年來腔內血管外科技術飛速發展，但對于復雜的腹主動脈瘤、累及重要分支的主動脈弓部瘤或夾層，因為其解剖關系的復雜性、多變性，所以仍然是目前腔內血管外科的巨大挑戰。術前對手術入路部位、病變部位及相關分支動脈的解剖學評估和參數測量是制訂手術方案、選擇和放置支架移植物的基礎，直接關系到手術的成敗。并且腔內治療的整個手術過程都是在DSA下依靠微創技術完成的，術者無法直視和直接接觸手術部位，無法直觀地了解手術部位的內部結構。因此對住院醫生來講，難以理解支架移植物的定位和放置，對手術操作要點掌握得不好，臨床教學效果欠佳。然而3D打印技術與血管外科的有機結合，正好可以彌補上述缺陷，使得問題迎刃而解。

3D打印技術是利用掃描形成的三維數字模型，根據“分層制造，逐層疊加”的原理，快速制作出三維實體的分層制造技術[6-7]。3D打印技術的出現為血管外科主動脈擴張性疾病的術前評估、手術方法的制訂提供了新的方法，使虛擬的三維影像轉化為實體解剖模型。Tam MD等[8]報道，應用3D打印技術為接近90°瘤頸的腹主動脈瘤進行了實物重建，清晰顯示了腹主動脈瘤的瘤頸扭曲度、位置、形態、大小及其與腎動脈的關系、導入動脈的條件等參數，并在此基礎上選擇了合適的腔內移植物，順利完成了手術。也有國內血管外科同行應用3D打印技術對復雜瘤頸腹主動脈瘤腔內治療進行術前評估，通過獲取嚴重扭曲瘤頸的腹主動脈瘤CT數據，用3D打印技術打印腹腔干以下的腹主動脈和雙側髂動脈，完善了術前評估，有效地指導了手術方案的選擇[9-10]。

3D打印技術是當今世界最前沿的科技之一，結合逆向工程思維，按1∶1比例制作病變處主動脈的3D實物模型和腔內移植物實物模型，可使年輕的住院醫生更好地認識主動脈病變處的空間解剖結構，理解局部血管的相互關系，幫助其制訂完善的介入手術方案，而且可應用3D模型在體外循環裝置上模擬手術過程，從而加深了年輕住院醫生對手術操作細節和要點的掌握程度，強化了其在實際手術操作中的配合度，縮短了手術時間，提高了腔內移植物定位的準確性，提高了手術成功率。這項技術使得醫生對病變的復雜性、手術的危險性、術后可能出現的并發癥有了比較清晰的認識，使主動脈擴張性疾病的整個診療過程更加直觀化、實物化、具體化。此外，3D打印技術具有個體化設計、快速成型的特點，可根據不同患者的不同解剖形態和結構個性化定制，在主動脈擴張性疾病的腔內治療方面具有獨特的優勢。

綜上所述，相對于傳統教學方式，3D打印技術對于主動脈擴張性疾病腔內治療的臨床教學具有重要的促進意義和良好的應用前景。

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R195

B

1671-1246（2016）24-0119-03

第二軍醫大學長海醫院1255專項課題（CH125543100）