3D打印模型在肝腫瘤臨床教學中的應用研究

譚鈞尹，羅翔，韋燕，秦豪，譚霄，梁俊杰，張其標

(1.廣西壯族自治區貴港市人民醫院腫瘤科，廣西 貴港；2.廣西壯族自治區貴港市人民醫院廣西數字醫學與3D打印臨床醫學研究中心，廣西 貴港)

0 引言

原發性肝癌是常見的消化道惡性腫瘤，在廣西尤為高發，其治療效果差，死亡率高[1]，是醫學生實習階段必須掌握的常見病及多發病，但因肝臟空間及解剖結構的復雜性，肝血管結構的多樣性，學生對肝臟的解剖結構、腫瘤位置及其周圍毗鄰關系的理解難度較大。傳統教學方法中，對肝臟及腫瘤的解剖結構的講解通常采用二維圖像，如CT、MRI等，學生不易將二維圖像轉化為立體空間概念，難以全面掌握其解剖特點，是臨床教學中的難點及重點。

3D打印技術是一種快速成型技術，在醫學領域通常以CT/MRI斷層圖像數據為基礎，采用連續逐層打印的方式構造出立體的3D實體模型。3D打印模型能較好的顯露復雜的三維立體結構，具有直觀性、可視性，近年來被逐漸應用于口腔臨床個性化治療及骨科的術前規劃、醫患溝通、金屬內植物及臨床教學中[2,3]。在肝腫瘤方面，有報道顯示3D打印技術在肝腫瘤的術前規劃及術中引導有一定指導意義，可實現肝腫瘤的精準治療，提高手術成功率，降低手術并發癥[4-6]。目前，對于3D打印技術在腫瘤臨床教學中的應用報道較少，因此我們將3D打印技術應用到肝腫瘤臨床醫學中，在傳統臨床見習教育模式下，輔以3D 打印的肝腫瘤模型，探索一種新穎的臨床教學模式，以提高教學質量。

1 對象與方法

1.1 研究對象

選取2018年7月至2019年10月期間在我院腫瘤科實習的80名學生作為研究對象，均為本科臨床專業，隨機分為對照組和試驗組，每組各40人，對照組采用傳統教學方法，試驗組采用傳統教學方法的基礎上配合3D打印肝腫瘤模型進行輔助教學。授課為同一名主任醫師，兩組學生使用相同的教學大綱，兩組學生的性別，年齡，在校期間系統解剖學、局部解剖學、醫學影像學、內科、外科、婦產科及兒科科目考試總成績比較無統計學差異(P＞0.05)(詳見表1)。

表1 80名學生的基本資料

1.2 研究方法

1.2.1 對照組

授課前預選好較典型的原發性肝癌病人資料，采用傳統教學模式，具體如下：

理論課：2個學時，理論課教學大綱包括：(1).原發性肝癌的定義和流行病學特點；(2).病因：肝硬化、病毒性肝炎、黃曲霉素、其他；(3).病理分型：根據病理形態分型、腫瘤大小分型、癌細胞分化程度分型；(4).臨床表現：癥狀和體征；(5).診斷：血液學檢查和影像學診斷；(6).最新的肝癌分期方法；(7)鑒別診斷；(8).并發癥和轉歸；(9)治療：手術治療、B超引導下經皮穿刺腫瘤射頻、微波或注射無水酒精治療、介入治療、放療、化療、靶向治療、免疫治療、中醫中藥治療、并發癥的處理。

實踐課教學步驟：(1)指導學生詢問病史及體格檢查；(2)學生閱讀患者的實驗室檢查結果、B超、CT、MR等影像學資料，并結合患者的臨床表現、實驗室檢查結果及影像學資料進行討論，做出初步診斷、腫瘤分期、鑒別診斷。(3)學生根據肝癌綜合治療原則，結合患者的各項臨床資料，制定具體的診療計劃、可能出現的并發癥及處理方法；(4)教師對相關病例進行點評補充；(5)教師引導學生閱片，結合影像學資料，重點講解內容包括以下幾個方面：①肝臟的正常解剖結構；②肝臟的“五葉八段”分區法及與相對應的CT、MR斷層解剖知識；③三個肝門的識別；④腫瘤的位置、數目、大小、與臟器及血管的毗鄰關系，結合具體案例，根據腫瘤的位置及毗鄰關系，優選的治療方案。

試驗組：在傳統教學模式的基礎上配合3D打印模型輔助教學。挑選臨床診斷為原發性肝癌的患者，并行64層薄層CT增強掃描，層厚為6mm，CT數據以DICOM格式導出，采用minics17軟件，對整個肝臟、腫瘤、肝動脈、門靜脈、肝靜脈結構進行三維重建，圖像以STL格式導入Makerbot軟件，采用3D打印機進行1:1的3D模型打印，然后行打印后處理，得出肝臟、腫瘤及血管為一體的3D打印模型(圖1)。在對照組的教學方法基礎上，教師在引導學生閱片的過程中，使用3D打印模型給學生重點講解肝臟的解剖結構、“五葉八段”分區法及與相對應的CT斷層解剖知識、三個肝門的識別以及腫瘤的位置、大小、毗鄰關系，結合具體案例，根據腫瘤的位置及毗鄰關系，優選的治療方案。

1.3 效果評價

1.3.1 理論考核

實習結束出科前一天，對兩組學生理論考核以評估對課程內容的掌握程度，試題共計50題，全部為選擇題，其中單選題40題，每題2分，共計4個選項；多選題10題，每題2分，共計4個選項，總分100分，考試時間60分鐘，兩組學生均采用同一套試卷進行閉卷考試。考核內容主要包括肝癌的流行病學特點、病因病理、臨床表現、影像學特點、主要治療方案、病歷書寫、肝臟的解剖結構、以及具體案例CT或MR圖像上腫瘤的位置、毗鄰關系等。

1.3.2 主觀問卷調查

通過自制調查問卷了解學生對教學方法的滿意度。所有學生出科前均完成并提交調查問卷表，問卷內容包括：激發學習興趣；有助于局部解剖的知識理解；提升臨床診治思維；贊同授課方式。學生就每個問題進行1-5分打分(5分代表非常同意，4分代表同意，3分代表中立，2分代表不同意，1分代表非常不同意)。

1.4 統計學方法

應用SPSS 17.0進行統計學分析，兩組學生年齡、在校成績、出科考核的理論成績及主觀問卷評分均采用Mean±SD表示。組間比較，計數資料采用χ2檢驗，計量資料采用t檢驗。P＜0.05為差異具有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組理論考核成績比較

試驗組的平均理論考試成績優于對照組，差異有統計學意義，見表2。

表2 理論成績比較

圖1 肝腫瘤模型

2.2 兩組主觀問卷調查結果比較

相比對照組，試驗組的教學方案更能激發學生的學習興趣，有助于局部解剖知識的理解、同時能提升學生的臨床診治思維，見表3。

3 結論

采用3D打印肝腫瘤模型進行臨床教學有助于激發學生的學習興趣及對局部解剖知識的理解，同時能提升學生的臨床診治思維。與傳統教學方法相比，在傳統教學方法上輔以3D打印技術的教學模式有助于臨床教學效果，具有一定優勢，值得在臨床教學中推廣應用。

4 討論

原發性肝癌是廣西高發的消化道惡性腫瘤[1]，首選手術切除，不手術者可行介入治療、微波/射頻消融、放療等局部治療，或選擇化療、生物靶向及免疫治療等全身治療手段，局部治療手段的選擇是主要根據腫瘤所處的位置及局部解剖關系，因此對肝臟解剖結構及腫瘤與局部解剖關系的全面認識和正確評估是制定治療計劃的關鍵。原發性肝癌是臨床教學中的重點內容，學生對肝臟解剖結構的認識是掌握肝癌最重要的基本知識，然而因肝臟解剖結構的復雜性，兩套脈管系統在肝臟中穿行，常伴有解剖學變異，是教學中的難點。傳統教學方法通常是通過書籍解剖圖冊、超聲、CT、MRI等二維圖像來解釋肝臟解剖結構及腫瘤的位置、周圍毗鄰關系，需要學生具備較強的空間想象力，理解難度大，學習曲線陡峭。

表3 主觀問卷評分結果

在國外，3D打印技術已經逐漸應用到日常的各項臨床工作中，在骨科和心臟外科的臨床教學中應用較為廣泛，相比傳統教學方式，取得較好的教學效果和較高的教學滿意度[7,8]。在國內，3D打印技術在骨科臨床教學的應用報道較多，利用3D打印技術對復雜部位的骨折和脊柱畸形的臨床教學，以及骨外科局部手術操作的培訓均表現出一定的優勢[9-12]。在腫瘤教學方面，李綿利等[13]將3D打印技術應用在腫瘤放射治療學的教學中，在傳統教學方式的基礎上，利用3D打印模型輔助傳授腫瘤放射治療方案要點，包括放療定位、靶區勾畫、計劃設計及相關風險事項，可提高學員的理論考核成績、病例分析成績以及綜合能力自我評分，可明顯提高教學質量。鄭春雷等[14]研究報道亦顯示，3D打印技術聯合PBL教學模式可有效提高住院醫師的學習效率和學習興趣。隨著3D打印技術的日益成熟，將會在醫學各學科教學中發揮優勢。

本研究中，我們應用3D打印技術，個體化地將肝臟內的動靜脈的走形及腫瘤的局部解剖特點，通過打印3D模型直觀的表現出來，實現了理論與實際的結合，個體化的展現肝腫瘤的解剖結構，可以充分調動學生的學習興趣，加深醫學生對肝臟及腫瘤局部解剖結構的理解，提高學習效率。學生在結合具體患者的病史、體格檢查及輔助檢查結果的基礎上，將肝腫瘤打印出來，模型觸手可及，更直觀形象，同時方便師生、學生之間及醫患之間的相互交流，對肝臟正常解剖結構及肝腫瘤位置、毗鄰關系有更深層次的理解，有助于學生掌握該疾病的臨床特點、治療方案和并發癥等，能較好的提升學生的臨床診療思維。因此傳統教學方法輔以3D打印技術的教學模式有助于提高教學質量，值得在臨床教學中推廣應用。

本研究中也存在一定的局限性：①3D打印技術還未普及，在教學中的應用仍處于早期階段；②教師掌握3D打印軟件需要一定時間，同時制作3D模型過程耗時也較長；③3D打印模型與實際情況接近，但仍存在差異。

作者貢獻說明

譚鈞尹、秦豪、韋燕：提出論文構思、實驗操作、論文撰寫；譚霄、梁俊杰：數據整理、統計學分析；羅翔、張其標：研究指導、論文修改、經費支持。