3D打印技術在神經(jīng)外科本科臨床教學培養(yǎng)中的應用*

嚴峻，文靜，陳海南，李希圣，黃乾榮，莫立根（.廣西醫(yī)科大學附屬腫瘤醫(yī)院神經(jīng)外科，廣西南寧5002；2.廣西醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院風濕免疫科，廣西南寧5002；.廣西醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院神經(jīng)外科，廣西南寧5002）

3D打印技術源于20世紀90年代，是一種以數(shù)字模型數(shù)據(jù)為基礎，采用可黏合材料，運用逐層打印的原理來制作模型的技術[1]。起初該技術在航空事業(yè)和土木工程領域嶄露頭角；現(xiàn)在該技術在組織工程學和醫(yī)學領域中廣泛應用，包括術前模擬、假體制造和生物打印等[2]。在本科臨床教學實踐中，神經(jīng)外科是專業(yè)化相對較強的學科，以往多使用二維的影像學照片和解剖學圖譜，而且大多數(shù)教學模型均為單一的正常結(jié)構模型，由于其不同于其他外科，各個腦功能區(qū)的手術不能像普通外科那樣可以開腹探查，神經(jīng)外科講究開路入路的選擇，其對空間結(jié)構和立體定位的要求較高，剛剛接觸臨床的本科生對影像學照片和解剖學圖譜往往難以理解，不能建立三維立體結(jié)構化認識，甚至不能將影像學照片和解剖學圖譜與病變部位相結(jié)合去認識疾病。因此，建立學生對三維立體空間結(jié)構的認識，使其學會閱讀影像學照片，對理解解剖結(jié)構和層次十分重要。其次，神經(jīng)外科是以腦部血管性疾病為主要診治對象的學科，顱內(nèi)血管的走行迂曲復雜，影像學上分為矢狀位、冠狀位和水平位，只有掌握了血管的三維結(jié)構才能直觀地了解顱內(nèi)血管在顱底、顱頸交界區(qū)等各個目標區(qū)域的解剖結(jié)構，通過進行測量和三維立體定位，明確病變腦血管在顱內(nèi)的行程分布，初步擬定開顱手術入路和介入手術的導管塑形。所有這些問題均與顱腦空間結(jié)構和定位有關。

目前，神經(jīng)外科本科臨床教學還是依照舊的二維模式，缺乏直觀性和可操作性。怎樣找到一種更好的教學方式來縮短培養(yǎng)的時間，在更短的時間內(nèi)培養(yǎng)出優(yōu)秀的臨床本科學生，是每位臨床教師都需要認真思考的問題。在3D打印技術的引入后，本科學生表現(xiàn)出較為強烈的求知欲和參與精神。本研究將采用3D打印技術和教學理念相融合的3D打印模型教學（3D?PMT）與傳統(tǒng)醫(yī)學教學（TMT）進行比較，結(jié)合目前教學的現(xiàn)狀，根據(jù)本科學生的條件和需求，制定合理的教學流程。

1 資料與方法

1.1 研究對象 在廣西醫(yī)科大學學習的本科臨床專業(yè)的學生，包括臨床見習和實習學生共60人，均在本科階段學習過《外科學》。將學生隨機分為3D?PMT組和TMT組，每組30人。

1.2 方法 各組長負責具體方案的實施和評分。2組授課教師對顱內(nèi)病變血管的位置、大小、形態(tài)和載瘤動脈進行詳細講解。TMT組采用傳統(tǒng)教學模式：以影像學照片及解剖學圖譜為基礎的教學模式。3D?PMT組采用3D?PMT，具體如下。

1.2.1 3D打印仿真模型的制備 仿真模型數(shù)據(jù)來自廣西醫(yī)科大學附屬腫瘤醫(yī)院神經(jīng)外科3例患者的影像資料，分別是基底動脈梭形動脈瘤、大腦前動脈動脈瘤和頸內(nèi)動脈狹窄，見表1。具體方法：（1）獲取患者的數(shù)字減影血管造影（DSA）影像資料，保存為醫(yī)學數(shù)字成像和通信（DICOM）格式；（2）采用MIMICS軟件將數(shù)據(jù)處理后，導出標準模板庫（STL）格式文件；（3）利用3D打印顱內(nèi)血管畸形模型，2名教授評判模型是否符合顱內(nèi)血管畸形實際情況。

表1 3例患者一般資料

1.2.2 觀察指標 對2組學生實施理論考試和實習課考試，各占50％。采用自行設計的調(diào)查問卷進行調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容：對神經(jīng)外科學的總體認識、各類疾病的掌握程度、課堂教學方式評價、教學改進意見等。調(diào)查問卷集中在課后10 min發(fā)放填寫，當場回收。本次考核和調(diào)查共實施發(fā)放60份，回收率為100.0％。根據(jù)課堂考試成績對2組學生掌握知識的情況予以評價：掌握為大于或等于80分，未掌握為小于80分。

1.3 統(tǒng)計學處理 采用SPSS17.0統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)分析，計量資料以表示，采用t檢驗；計數(shù)資料以構成比或率表示，采用四格表法的χ2檢驗，所有檢驗均為雙側(cè)檢驗，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié) 果

2.1 2組學生一般情況 3D?PMT組學生中男12人（40.0％），女18人（60.0％）；神經(jīng)外科學課程入學成績68～97分。TMT學生中男 10人（33.3％），女 20人（66.7％）；神經(jīng)外科學課程入學成績62～91分。2組學生的學習能力基本相同。2組學生年齡、性別、家庭籍貫及入學成績比較，差異均無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。見表2。

表2 2組學生一般資料比較

2.2 2組學生對神經(jīng)外科課程喜愛重視程度比較 3D?PMT組學生對神經(jīng)外科課程的喜愛程度、重視程度和愿意進一步加深了解的比例均高于TMT組，差異均有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），見表 3。

表3 2組學生對神經(jīng)外科課程喜愛重視程度比較[n（％）]

2.3 2組學生對神經(jīng)外科學課程內(nèi)容掌握情況比較 將總體和各小節(jié)部分分別評估。2組學生掌握“神經(jīng)系統(tǒng)疾病的微創(chuàng)外科治療”項目占比比較，差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），其他各項掌握情況 3D?PMT 組均優(yōu)于TMT 組，差異均有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），見表 4。

表4 2組學生對神經(jīng)外科課程內(nèi)容掌握情況比較[n（％）]

2.4 2組學生學習效果比較 通過出勤率、興趣度、參與度、理論知識考核、課堂滿意度、臨床思維培養(yǎng)、理論和實習緊密度、學科前沿動態(tài)掌握情況和醫(yī)患和諧度方面對2組學生的學習效果進行評價，3D?PMT組以上各項均優(yōu)于TMT組，差異均有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），見表5。

表5 2組學生學習效果比較[n（％）]

3 討 論

3.1 3D?PMT的優(yōu)勢 2種教學模式對神經(jīng)外科本科臨床教學效果的影響存在差異，分析上述原因，作者認為3D?PMT組的學生參與度更大，具有更多的領先優(yōu)勢：（1）3D打印概念的引入能更好地幫助醫(yī)學生形成良好的臨床思維；（2）將臨床診療實踐迅速提升到理論高度，極大提高了學生的工作熱情和參與度；（3）對學科前沿理解更加深刻，提高業(yè)務水平。

3.2 國內(nèi)3D?PMT的研究現(xiàn)狀 本課題組經(jīng)過3D模型講解、要點傳授及本科臨床學生親手在等比例模型上進行操作等培訓后，學生能夠初步建立三維結(jié)構的認識，能將解剖圖譜和影像學照片與病變部位相結(jié)合去認識疾病。因此，將3D打印模型運用于本科臨床教學是切實可行的教學方法。目前，國內(nèi)較早將3D打印應用于教學的有張明等[3]，他們成功構建3D全顱底及顱頸交界區(qū)畸形模型，讓初學者對顱底及顱頸交界區(qū)的手術有了深刻理解。相建等[4]將3D打印應用于單純的顱內(nèi)動脈瘤教學中，認為3D打印教學更有利于提高臨床學生對顱內(nèi)動脈瘤解剖的理解。李忠海等[5]將3D打印與骨科臨床教學相結(jié)合，通過骨骼三維立體模型的建立，幫助學生短時間內(nèi)理解并掌握骨科疾病。

近年來，神經(jīng)外科腦血管疾病發(fā)病率呈現(xiàn)逐年上升的趨勢，多種腦血管疾病如腦梗死，腦血管狹窄及腦動脈瘤均需要手術治療。目前，神經(jīng)外科本科臨床教學還是采用解剖圖譜講解的二維模式，即使改進后使用虛擬現(xiàn)實技術也只是視覺上的體會和理解[6]。然而，3D打印模型讓醫(yī)學生直接在模型上實施關鍵手術步驟，親身感受主刀的視野，這也是醫(yī)學生在傳統(tǒng)手術中無法獲得的寶貴經(jīng)驗和財富所在。該技術不僅能讓醫(yī)學生理解病變的解剖定位，還能讓醫(yī)學生盡早掌握相關手術技巧[7]。

3.3 局限性 本研究中，雖然3D?PMT組對神經(jīng)外科學總體內(nèi)容掌握情況高于TMT組，但各項具體內(nèi)容掌握率較低，顯然還是存在缺陷的。而且納入研究的樣本量較少，有抽樣偏倚的可能，有待于在以后的研究中進一步完善。

綜上所述，現(xiàn)代醫(yī)學日新月異，3D打印的概念體現(xiàn)了目前精準醫(yī)學的理念，雖然這一概念并非新詞，但其強調(diào)的是個體化醫(yī)學和個性化治療，代表了未來醫(yī)學發(fā)展的方向。神經(jīng)外科是現(xiàn)代醫(yī)學中具有高科技的前沿學科，學科人才的培養(yǎng)對醫(yī)學的發(fā)展有著重要的作用[8]。本教學研究表明，對神經(jīng)外科實行3D?PMT后本科臨床醫(yī)學生能更好地掌握專業(yè)醫(yī)學知識并應用于臨床。