3D 打印模具技術在神經外科臨床教學中的應用研究

梁敬心 廖 鑫 倪 永 劉永茂 王 博 孫先躍

（貴州醫科大學第二附屬醫院 貴州凱里 556000）

3D 打印技術是指以數字模型數據文件為基礎，通過可黏合材料，采用逐層打印原理，將藍本轉化為實物，從而進行模型制作的技術。其源于20 世紀90 年代，始用于航空和土木工程事業，近年來已廣泛應用于醫學領域。[1]神經外科是一類專業化相對較強、較復雜的學科，講究三維立體結構化空間和立體定位，傳統的二維影像學照片和解剖學圖譜教學存在一定局限，如何有效地進行臨床教學是一直以來需要突破的重點。因此，有研究提出將3D 打印模具技術應用于臨床教學中，并實踐得到良好反饋，為臨床教學方式提供了一條新道路。本研究就3D 打印模具技術應用在神經外科顱內病變血管臨床教學中進行探討，深入研究臨床實習學生的相關理論知識及實踐能力，現報告如下：

一、資料與方法

（一）一般資料

本研究選取在2020 年4 月至2021 年9 月于我院神經外科實習的本科臨床專業學生，包括臨床見習和實習學生共62人，將學生隨機分為對照組和觀察組，每組31 人。兩組學生的一般資料對比無統計學意義（P＞0.05）：對照組，男生5名，女生26 名，年齡范圍介于20—24 歲，均值為22.04±1.57歲；觀察組，男生8 名，女生23 名，年齡范圍介于20—25歲，均值為22.13±1.55 歲。

納入標準：全日制本科院校臨床專業四年級學生；所有學生均對研究知情并同意開展研究，已自愿簽署相關知情同意書。排除標準：中途退出實習學習，未能完成全部課程者；實習期間有關課程缺席≥3 次者。

（二）方法

1.對照組：采用傳統的醫學教學模式，即采用一般二維平面的影像學照片及解剖學圖譜進行教學。

2.觀察組：采用3D 打印模具技術教學模式，具體為：

首先選取我院神經外科具有代表性的神經顱內病變患者的影像資料作為3D 打印仿真模具的資料數據，分別是基底動脈梭形動脈瘤、大腦前動脈動脈瘤和頸內動脈狹窄，獲取患者的數字減影血管造影（DSA）影像資料，將數據以醫學數字成像和通信（DICOM）格式存檔；然后采用MIMICS 軟件對數據進行轉化，對目標物體進行3D 切分，導出為標準模板庫（STL）格式文件；[2]最后，用3D 打印機打印出患者顱內血管畸形情況模具，由老師審查3D 模具的實際情況，利用3D 模具進行展示授課，進行顱內病變血管的位置、大小、形態和載瘤動脈情況的講解，開展神經外科解剖實體教學及神經外科手術教學。

（三）觀察指標及評價標準

統計兩組學生的課程理論學習、實習實踐的情況以及學生對教學的評價。

所有統計情況均采用我院內部設計的調查問卷進行評分，滿分為100 分，分數越高證明學生的學習情況越好。評測內容有：①神經外科學的課程理論學習掌握程度，包括有神經外科顱內病變或血管性疾病等專科知識了解、疾病判斷、臨床癥狀表現以及神經微創外科治療原則等。②神經外科顱內病變血管的實習實踐情況，包括顱內動脈瘤解剖步驟、手術導管塑形以及神經手術緊急處理措施等。③學生在臨床教學前后的總體情況，包括臨床思維活躍度、實踐操作準確度及理論和實習結合緊密度等。④調查學生對教學的評價，包括課堂出勤率、課堂參與度以及課堂滿意度。

（四）統計學方法

采取SPSS22.0 工具處理兩組所得數據，應用均數、標準差、百分比等完成描述性統計，計量資料與計數資料以、率表示，分別采用t、χ2檢驗，若P＜0.05 表示有統計學意義。

二、結果

（一）兩組學生的神經外科學的課程理論學習掌握程度

觀察組的各項神經外科學的課程理論學習掌握程度均優于對照組（P＜0.05），見表1。

表1 兩組學生的神經外科學的課程理論學習掌握程度對比（分，）

表1 兩組學生的神經外科學的課程理論學習掌握程度對比（分，）

（二）兩組學生的神經外科顱內病變血管的實習實踐情況

觀察組的各項神經外科顱內病變血管的實習實踐情況均優于對照組（P＜0.05），見表2。

表2 兩組學生的神經外科顱內病變血管的實習實踐情況對比（分，）

表2 兩組學生的神經外科顱內病變血管的實習實踐情況對比（分，）

（三）學生在臨床教學前后的總體情況

兩組學生在教學后的臨床思維活躍度、實踐操作準確度及理論和實習結合緊密度均得到顯著改善，而觀察組的各項評分均優于對照組（P＜0.05），見表3。

表3 學生在臨床教學前后的總體情況對比（分，）

表3 學生在臨床教學前后的總體情況對比（分，）

（四）兩組學生對教學的評價

觀察組的課堂出勤率、課堂參與度及課堂滿意度均顯著優于對照組（P＜0.05），見表4。

表4 兩組學生對教學的評價對比（分，）

表4 兩組學生對教學的評價對比（分，）

結語

神經外科一直是臨床醫學上的重點學科，近年來腦血管疾病的發病率呈上升趨勢，多種腦血管疾病的主要治療方式為手術治療，要求的專業性及復雜度較高，對于臨床教學而言是一個難題。目前，神經外科本科臨床教學多使用傳統的二維影像學照片和解剖學圖譜教學，近年來改進并使用的虛擬現實技術也只能幫助醫學生從視覺上進行體會和理解。我國較早應用3D 打印模具技術于神經外科的學者成功構建了3D 全顱底及顱頸交界區畸形模具，[3]另外或將該技術應用于單純的顱內動脈瘤教學，對顱底及顱頸交界區和動脈瘤的手術教學有新的突破。但目前3D 打印模具技術在我國的醫學領域尤其神經外科的應用仍處于起步狀態。

本研究應用3D 打印模具技術在神經外科顱內病變血管的臨床教學，主要是通過3D 打印模具技術來制作示范、訓練的模具，輔助教學。首先將真實的臨床數據資料轉化為三維空間模型，制作出等同比例的真實的腦解剖模型和顱內腫瘤、腦血管病等臨床常見的病變模型，為臨床理論學習和手術技能訓練課程教學做好基礎準備，提供教學和手術演練所需的可視化教具；利用模具進行講解、傳授臨床知識點，更可安排醫學生在等比例的模具上進行實操訓練，實施關鍵真實的手術步驟，親身感受到手術的過程；通過拆分顱腦模型，幫助醫學生建立三維結構意識，直觀地了解顱內各腦室、功能區、神經核團的毗鄰及動靜脈循環走行等知識點，結合解剖圖譜和影像學照片與病變部位去認識疾病，加深記憶；還可將理論病例病程同模具展示的實際病變結構進行對比，進一步了解疾病的發生及發展經過。本研究經過不同的臨床教學，結果顯示，觀察組的各項神經外科學的課程理論學習掌握程度及實習實踐情況均顯著優于對照組。神經外科作為難度大、復雜性高的臨床專科，需要開展的手術主要為顱內解剖，而顱腦作為人體最為復雜且操作準確性要求極高的器官部位，要求手術執行者必須選擇最為適合的手術入路及進行最為準確的手術操作。[4]然而，每位患者的病情狀況不同，發生病變的部位區域亦有所變化，因此，每次手術均須為患者選擇正確的最佳手術入路，避免手術發生意外，并盡量縮短手術時間及降低手術難度。[5]對于投身臨床工作的醫療人員而言，神經外科實習學生的臨床理論知識掌握及實踐能力十分重要，是保障實際外科手術安全開展的基礎，尤其要求學生需扎實把握解剖結構等方面的知識。[6]傳統沿用的臨床圖譜教學，主要通過圖表、視頻等方式來向學生傳授書本的理論知識，學生無法進行真實、直觀的臨床實踐體驗，課堂不僅枯燥乏味，學生也無法真正、獨立地進行相關的解剖過程，所學知識比較片面；臨床雖然有采用大體解剖的學習模式來幫助學生深入學習，但國內的大體資源缺乏，供臨床實習生實踐觀摩的機會不多；另外，大體經過長時間的福爾馬林浸泡其部分組織已發生變化，尤其影響到顱內的細小血管與神經系統結構。[7]3D 打印模具技術的優勢在于其可有效還原真實的人體顱內結構，包括血管分析、神經通路、腦組織成分、骨質位置等，有利于學生仔細觀察人體的顱內結構，全面認識到神經外科的解剖結構及疾病特征等；不僅如此，3D 打印模具技術使得臨床相關實踐操作具有重復性，學生可進行反復實踐學習，并在3D 模具上模擬手術操作。[8]另一方面，本研究在兩組學生教學后的臨床思維活躍度、實踐操作準確度及理論和實習結合緊密度的對比結果上顯示，觀察組的各項評分均優于對照組，提示3D 打印模具技術可有助于醫學生形成良好的臨床思維，進而提高其實踐能力，并可很好地將理論及實踐聯合。最后，觀察組的課堂出勤率、課堂參與度及課堂滿意度均高于對照組。神經外科學涉及多學科，知識點分布廣，教學任務重，致使剛投入臨床實習的醫學生的學習主動性和積極性下降，無法完全配合課堂及學習。而3D 打印模具技術增加了學習的興趣性，使得醫學生可提高動手率，激發其對臨床學習的熱情，從而提高其課堂出勤率、參與度，同時更獲得學生對課堂的滿意度。

綜上所述，應用3D 打印模具技術于神經外科臨床教學中可有效地鞏固醫學生對臨床理論知識的掌握，提高實習實踐的能力，幫助醫學生掌握專業醫學知識并有效地與臨床實際操作結合，增加教學積極性、學習熱情，值得推廣。