3D打印技術(shù)在神經(jīng)外科本科臨床教學(xué)培養(yǎng)中的應(yīng)用*

嚴(yán)峻，文靜，陳海南，李希圣，黃乾榮，莫立根（.廣西醫(yī)科大學(xué)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(xué)第一附屬醫(yī)院風(fēng)濕免疫科，廣西南寧5002；.廣西醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院神經(jīng)外科，廣西南寧5002）

3D打印技術(shù)源于20世紀(jì)90年代，是一種以數(shù)字模型數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用可黏合材料，運用逐層打印的原理來制作模型的技術(shù)[1]。起初該技術(shù)在航空事業(yè)和土木工程領(lǐng)域嶄露頭角；現(xiàn)在該技術(shù)在組織工程學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，包括術(shù)前模擬、假體制造和生物打印等[2]。在本科臨床教學(xué)實踐中，神經(jīng)外科是專業(yè)化相對較強的學(xué)科，以往多使用二維的影像學(xué)照片和解剖學(xué)圖譜，而且大多數(shù)教學(xué)模型均為單一的正常結(jié)構(gòu)模型，由于其不同于其他外科，各個腦功能區(qū)的手術(shù)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(gòu)和立體定位的要求較高，剛剛接觸臨床的本科生對影像學(xué)照片和解剖學(xué)圖譜往往難以理解，不能建立三維立體結(jié)構(gòu)化認(rèn)識，甚至不能將影像學(xué)照片和解剖學(xué)圖譜與病變部位相結(jié)合去認(rèn)識疾病。因此，建立學(xué)生對三維立體空間結(jié)構(gòu)的認(rèn)識，使其學(xué)會閱讀影像學(xué)照片，對理解解剖結(jié)構(gòu)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(xué)科，顱內(nèi)血管的走行迂曲復(fù)雜，影像學(xué)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(gòu)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(biāo)區(qū)域的解剖結(jié)構(gòu)，通過進(jìn)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(shù)入路和介入手術(shù)的導(dǎo)管塑形。所有這些問題均與顱腦空間結(jié)構(gòu)和定位有關(guān)。

目前，神經(jīng)外科本科臨床教學(xué)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(xué)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(xué)生，是每位臨床教師都需要認(rèn)真思考的問題。在3D打印技術(shù)的引入后，本科學(xué)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(shù)和教學(xué)理念相融合的3D打印模型教學(xué)（3D?PMT）與傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)教學(xué)（TMT）進(jìn)行比較，結(jié)合目前教學(xué)的現(xiàn)狀，根據(jù)本科學(xué)生的條件和需求，制定合理的教學(xué)流程。

1 資料與方法

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

1.2 方法 各組長負(fù)責(zé)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(jìn)行詳細(xì)講解。TMT組采用傳統(tǒng)教學(xué)模式：以影像學(xué)照片及解剖學(xué)圖譜為基礎(chǔ)的教學(xué)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(xué)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(xué)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(dǎo)出標(biāo)準(zhǔn)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(biāo) 對2組學(xué)生實施理論考試和實習(xí)課考試，各占50％。采用自行設(shè)計的調(diào)查問卷進(jìn)行調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容：對神經(jīng)外科學(xué)的總體認(rèn)識、各類疾病的掌握程度、課堂教學(xué)方式評價、教學(xué)改進(jìn)意見等。調(diào)查問卷集中在課后10 min發(fā)放填寫，當(dāng)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(xué)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(xué)處理 采用SPSS17.0統(tǒng)計軟件進(jìn)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(gòu)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(xué)意義。

2 結(jié) 果

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

表2 2組學(xué)生一般資料比較

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

表3 2組學(xué)生對神經(jīng)外科課程喜愛重視程度比較[n（％）]

2.3 2組學(xué)生對神經(jīng)外科學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)意義（P＜0.05），見表 4。

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

2.4 2組學(xué)生學(xué)習(xí)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(xí)緊密度、學(xué)科前沿動態(tài)掌握情況和醫(yī)患和諧度方面對2組學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評價，3D?PMT組以上各項均優(yōu)于TMT組，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），見表5。

表5 2組學(xué)生學(xué)習(xí)效果比較[n（％）]

3 討 論

3.1 3D?PMT的優(yōu)勢 2種教學(xué)模式對神經(jīng)外科本科臨床教學(xué)效果的影響存在差異，分析上述原因，作者認(rèn)為3D?PMT組的學(xué)生參與度更大，具有更多的領(lǐng)先優(yōu)勢：（1）3D打印概念的引入能更好地幫助醫(yī)學(xué)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(xué)生的工作熱情和參與度；（3）對學(xué)科前沿理解更加深刻，提高業(yè)務(wù)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(xué)生親手在等比例模型上進(jìn)行操作等培訓(xùn)后，學(xué)生能夠初步建立三維結(jié)構(gòu)的認(rèn)識，能將解剖圖譜和影像學(xué)照片與病變部位相結(jié)合去認(rèn)識疾病。因此，將3D打印模型運用于本科臨床教學(xué)是切實可行的教學(xué)方法。目前，國內(nèi)較早將3D打印應(yīng)用于教學(xué)的有張明等[3]，他們成功構(gòu)建3D全顱底及顱頸交界區(qū)畸形模型，讓初學(xué)者對顱底及顱頸交界區(qū)的手術(shù)有了深刻理解。相建等[4]將3D打印應(yīng)用于單純的顱內(nèi)動脈瘤教學(xué)中，認(rèn)為3D打印教學(xué)更有利于提高臨床學(xué)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(xué)相結(jié)合，通過骨骼三維立體模型的建立，幫助學(xué)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(shù)治療。目前，神經(jīng)外科本科臨床教學(xué)還是采用解剖圖譜講解的二維模式，即使改進(jìn)后使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)也只是視覺上的體會和理解[6]。然而，3D打印模型讓醫(yī)學(xué)生直接在模型上實施關(guān)鍵手術(shù)步驟，親身感受主刀的視野，這也是醫(yī)學(xué)生在傳統(tǒng)手術(shù)中無法獲得的寶貴經(jīng)驗和財富所在。該技術(shù)不僅能讓醫(yī)學(xué)生理解病變的解剖定位，還能讓醫(yī)學(xué)生盡早掌握相關(guān)手術(shù)技巧[7]。

3.3 局限性 本研究中，雖然3D?PMT組對神經(jīng)外科學(xué)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(jìn)一步完善。

綜上所述，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)日新月異，3D打印的概念體現(xiàn)了目前精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)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(xué)和個性化治療，代表了未來醫(yī)學(xué)發(fā)展的方向。神經(jīng)外科是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中具有高科技的前沿學(xué)科，學(xué)科人才的培養(yǎng)對醫(yī)學(xué)的發(fā)展有著重要的作用[8]。本教學(xué)研究表明，對神經(jīng)外科實行3D?PMT后本科臨床醫(yī)學(xué)生能更好地掌握專業(yè)醫(yī)學(xué)知識并應(yīng)用于臨床。