3D打印技術(shù)在腹腔鏡腎部分切除術(shù)培訓(xùn)中的應(yīng)用

彭文標(biāo)

（中山市古鎮(zhèn)人民醫(yī)院,廣東 中山 528421）

3D 打印的基礎(chǔ)是患者影像數(shù)據(jù)的采集和數(shù)字模型的三維重建，是當(dāng)下醫(yī)學(xué)研究的一個(gè)熱點(diǎn)，目前在神經(jīng)外科、骨科、頜面外科的術(shù)前輔助應(yīng)用較多，能較好提高手術(shù)精度、縮短手術(shù)時(shí)間[1-5]。腹腔鏡下腎部分切除術(shù)（Laparoscopic Partial Nephrectomy，LPN）是難度較高的手術(shù)，有報(bào)道稱即使經(jīng)驗(yàn)豐富的外科醫(yī)師行LPN 發(fā)生手術(shù)并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)也接近33%[6]。因此，在開展LPN 之前有必要對(duì)外科醫(yī)師進(jìn)行系統(tǒng)培訓(xùn)，減少手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。傳統(tǒng)的手術(shù)室"學(xué)徒式"教學(xué)模式由于手術(shù)時(shí)間、病人安全等因素的考慮，已經(jīng)無法滿足外科手術(shù)技能培訓(xùn)的需要。

本研究擬探索3D 打印技術(shù)用于腹腔鏡腎部分切除手術(shù)培訓(xùn)中的應(yīng)用前景，擬基于患者的真實(shí)影像學(xué)數(shù)據(jù)，采用三維重建及3D 打印技術(shù)制作解剖結(jié)構(gòu)逼真、可重復(fù)生產(chǎn)、能長(zhǎng)久保存的腎部分切除術(shù)疾病模型，用于LPN 高級(jí)手術(shù)技能的培訓(xùn)，并驗(yàn)證培訓(xùn)效果，為進(jìn)一步規(guī)范化LPN 培訓(xùn)課程的設(shè)計(jì)提供理論及實(shí)踐依據(jù)。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

選取2016年9月-2019年12月在中山市古鎮(zhèn)人民醫(yī)院泌尿外科輪轉(zhuǎn)的12 名輪科醫(yī)生為教學(xué)對(duì)象,均為男性，培訓(xùn)時(shí)間均為4 個(gè)學(xué)時(shí)，以數(shù)字表法將其隨機(jī)分為3D 打印教學(xué)組和傳統(tǒng)教學(xué)組，每組各6 人。其中3D 打印教學(xué)組年齡21～24 歲，平均（22.667±1.106）歲，傳統(tǒng)教學(xué)組年齡22～25 歲，平均(22.833±1.067)歲。本次研究所有入組學(xué)員本人均知情且同意，兩組學(xué)員在年齡上無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05）。

1.2 教學(xué)方法

3D 疾病模型制作：收集適合LPN 的腎臟腫瘤患者的CT數(shù)據(jù)，包括平掃期、動(dòng)脈期、靜脈期、腎盂排泄期，以DICOM格式保存，并導(dǎo)入到MIMICS 15.0 軟件中，針對(duì)不同時(shí)相期的CT 數(shù)據(jù)分別分割重建腎臟內(nèi)部及毗鄰臟器結(jié)構(gòu), 包括腎臟大體、腎腫瘤、腎動(dòng)靜脈及其分支,腎集合系統(tǒng)及毗鄰結(jié)構(gòu)肺下部、肝臟或脾臟、脊柱、腰部皮膚，采用自動(dòng)配準(zhǔn)和人工輔助調(diào)整逐一完成配準(zhǔn)、融合，構(gòu)建一體化腎臟腫瘤三維模型。按1:1 等比例打印出腎臟大體、腎臟腫瘤、腎動(dòng)靜脈及其分支，材料為高分子粉末，由南方醫(yī)科大學(xué)3D 打印研究中心提供技術(shù)支持。

教學(xué)實(shí)施：兩組學(xué)員均按照統(tǒng)一的教學(xué)大綱（內(nèi)容包括疾病知識(shí)、腎臟及其毗鄰結(jié)構(gòu)的解剖學(xué)知識(shí)及LPN 手術(shù)步驟）要求進(jìn)行教學(xué)培訓(xùn)，傳統(tǒng)教學(xué)組采用典型LPN 病例結(jié)合CT 機(jī)導(dǎo)出的三維重建圖片進(jìn)行教學(xué)，3D 教學(xué)組在傳統(tǒng)授課方式的基礎(chǔ)上，另外加入采用Mimics15.0 軟件重建的可任意旋轉(zhuǎn)的虛擬腎臟腫瘤模型及3D 打印模型進(jìn)行教學(xué)。兩組均采用小講課方式教學(xué)，培訓(xùn)時(shí)長(zhǎng)均為4 個(gè)學(xué)時(shí)，培訓(xùn)老師為具有豐富LPN 經(jīng)驗(yàn)的高級(jí)職稱醫(yī)生。

1.3 教學(xué)效果評(píng)價(jià)

所有輪科學(xué)員完成培訓(xùn)后，即進(jìn)行培訓(xùn)效果考核及教學(xué)滿意度調(diào)查。考核內(nèi)容包括LPN 的臨床知識(shí)（30 分）、腎臟及其毗鄰結(jié)構(gòu)的解剖學(xué)知識(shí)(30 分）、LPN 手術(shù)步驟（40 分）。教學(xué)滿意度調(diào)查通過問卷調(diào)查表的形式，讓每個(gè)參與培訓(xùn)的輪科醫(yī)生采用Likert 5 分評(píng)價(jià)量表對(duì)本次培訓(xùn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，5 分為最高值，代表評(píng)價(jià)最高，反之，1 分評(píng)價(jià)最差。量表內(nèi)容包括總體滿意度（不滿意～非常滿意）、對(duì)教學(xué)理解的難易度（難理解～非常容易理解）、教學(xué)模式的生動(dòng)性（很枯燥～非常生動(dòng)）、提高學(xué)習(xí)效率（不能提高～明顯提高）進(jìn)行評(píng)價(jià)4 個(gè)方面。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

采用SPSS 22.0 統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，學(xué)員考核評(píng)價(jià)成績(jī)和滿意度調(diào)查結(jié)果用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(±s）表示，組間比較使用t檢驗(yàn)，P＜0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 3D 技術(shù)教學(xué)組和傳統(tǒng)教學(xué)組臨床知識(shí)考核評(píng)分差別無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），3D 打印教學(xué)組對(duì)腎臟及其毗鄰相關(guān)結(jié)構(gòu)的解剖知識(shí)及LPN 手術(shù)路徑考核評(píng)分高于傳統(tǒng)教學(xué)組(P＜0.05)，差別有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，具體考核結(jié)果見表1。

表1 兩組考核結(jié)果比較

2.2 3D 技術(shù)教學(xué)組學(xué)員對(duì)教學(xué)模式總體滿意度、難易度、生動(dòng)性、提高學(xué)習(xí)效率的評(píng)價(jià)高于傳統(tǒng)教學(xué)組，P＜0.05，見表2。

表2 兩組滿意度評(píng)價(jià)比較

3 討論

3.1 創(chuàng)新LPN 培訓(xùn)方式的必要性

LPN 是一項(xiàng)難度較高、操作復(fù)雜的重建性泌尿外科腹腔鏡手術(shù)[8]，學(xué)習(xí)曲線長(zhǎng)，輪科醫(yī)生在泌尿外科專業(yè)學(xué)習(xí)的時(shí)間有限，腎臟解剖位置較深，對(duì)低年資醫(yī)師來說，腎臟內(nèi)部及其毗鄰結(jié)構(gòu)的解剖是主要難點(diǎn)所在，立體空間結(jié)構(gòu)認(rèn)知的缺失是主要原因。傳統(tǒng)教學(xué)方式主要采用內(nèi)容單一的CT、文字、圖片和手術(shù)觀摩等教學(xué)方法，主要基于傳統(tǒng)二維視角展開培訓(xùn)，沒有三維立體結(jié)構(gòu)的展示，很難在短時(shí)間有效提高學(xué)員對(duì)解剖結(jié)構(gòu)及手術(shù)路徑的認(rèn)知，學(xué)員的積極性也不高。為了提高LPN 培訓(xùn)效率，我們必須創(chuàng)新教學(xué)方式，以期提高低年資輪轉(zhuǎn)醫(yī)師的學(xué)習(xí)興趣和效果。

3.2 采用三維重建及3D 打印技術(shù)進(jìn)行教學(xué)的優(yōu)勢(shì)

基于患者真實(shí)影像學(xué)數(shù)據(jù)構(gòu)建的疾病三維重建模型，能任意角度的的展示腫瘤與腎臟的相對(duì)位置以及腎臟及其毗鄰結(jié)構(gòu)的層次結(jié)構(gòu)。3D 打印是一種快速成型技術(shù)，以患者影像學(xué)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，基于三維重建虛擬模型運(yùn)用可粘合材料逐層打印的方式來構(gòu)造三維物體的逆向工程技術(shù)，3D 打印模型能夠真實(shí)地還原患者腎臟及其毗鄰結(jié)構(gòu)的解剖特點(diǎn)[9-10]。采用3D 打印技術(shù)打印LPN 的典型案例，比較新穎、直觀。所有學(xué)員都可以學(xué)習(xí)相同的病例，達(dá)到同質(zhì)化的教學(xué)效果。研究顯示3D 打印模型輔助教學(xué)對(duì)學(xué)員的學(xué)習(xí)起到了促進(jìn)作用，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)的缺點(diǎn)，更容易使學(xué)員理解關(guān)鍵解剖結(jié)構(gòu)及病理特點(diǎn)[11-15]，教學(xué)滿意度調(diào)查提示學(xué)員更加喜歡3D 模型教學(xué)。

3.2 本研究的亮點(diǎn)

采用基于病人真實(shí)的影像數(shù)據(jù)，結(jié)合醫(yī)學(xué)圖像三維重建及3D 打印技術(shù)，構(gòu)建個(gè)性化、解剖結(jié)構(gòu)逼真、可重復(fù)生產(chǎn)、能反復(fù)利用、不受場(chǎng)地限制的LPN 培訓(xùn)模型，能夠直觀生動(dòng)的展示病例特點(diǎn)，大大的降低了學(xué)習(xí)的難度，提高了學(xué)員的學(xué)習(xí)效率。此外，構(gòu)建的3D 打印模型可以長(zhǎng)期保存、反復(fù)應(yīng)用，是較好的教學(xué)輔助工具，能夠較好的控制教學(xué)成本，值得推廣。

3.3 不足與展望

采用三維重建和3D 打印技術(shù)，雖然獲得了較好的學(xué)習(xí)效果，但仍存在一定的不足，需要持續(xù)改建。首先，3D 打印模型采用全彩粉末打印技術(shù)，雖然解剖結(jié)構(gòu)比較逼真，但打印的模型質(zhì)地偏硬，與真實(shí)的人體組織相差較遠(yuǎn)，在接下來的研究中，可以挑選軟性材料進(jìn)行打印，能大大改善培訓(xùn)模型的質(zhì)感，更接近實(shí)際臨床手術(shù)；其次，本研究?jī)H與傳統(tǒng)教學(xué)組比較了短期培效果，最終是否能有效縮短LPN 的學(xué)習(xí)曲線，有待設(shè)計(jì)更長(zhǎng)時(shí)間的培訓(xùn)課程去驗(yàn)證。