3D打印顱腦實(shí)體模型在神經(jīng)外科臨床帶教中的應(yīng)用

錢(qián)佳棟，馮小明，徐云峰，萬(wàn)默各，戴利明

(嘉興市第一醫(yī)院，浙江 嘉興 314000)

神經(jīng)外科主要研究腦、顱骨、腦血管、脊髓等組織結(jié)構(gòu)及與之相關(guān)的各類(lèi)疾病。這些器官組織的解剖復(fù)雜，病變結(jié)構(gòu)更難以辨別，傳統(tǒng)的教科書(shū)圖譜與二維影像不足以體現(xiàn)其精細(xì)的三維結(jié)構(gòu)，這給臨床教學(xué)帶來(lái)極大的困難。如在臨床教學(xué)過(guò)程中制作高仿真的3D打印顱腦實(shí)體模型，可讓學(xué)習(xí)者在模型上獲取盡可能接近真實(shí)的感官反饋，有助于實(shí)習(xí)生深刻理解神經(jīng)系統(tǒng)復(fù)雜的三維解剖結(jié)構(gòu)并提高臨床思維和實(shí)踐能力。本研究采用3D打印顱腦實(shí)體模型應(yīng)用于神經(jīng)外科臨床帶教，并取得了較好的效果?，F(xiàn)報(bào)道如下。

1 對(duì)象與方法

1.1 對(duì)象

2018年1月至2019年2月在我院神經(jīng)外科實(shí)習(xí)的五年制臨床醫(yī)學(xué)專(zhuān)業(yè)本科生60人，實(shí)習(xí)時(shí)間均為4周，在入科時(shí)統(tǒng)一進(jìn)行入科摸底測(cè)試(滿(mǎn)分100分)。所有實(shí)習(xí)生按隨機(jī)數(shù)字表法分為實(shí)驗(yàn)組30人和對(duì)照組30人。實(shí)驗(yàn)組平均年齡(23.30±0.75)歲，其中男11人、女19人，摸底測(cè)試(65.50±5.38)分；對(duì)照組平均年齡(23.50±0.78)歲，其中男13人、女17人，摸底測(cè)試(66.10±5.95)分。2組年齡(t=1.015、P=0.314)、性別(χ2=0.278、P=0.598)、摸底測(cè)試成績(jī)(t=0.410、P=0.684)的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

1.2 方法

1.2.1 對(duì)照組采用傳統(tǒng)臨床帶教模式 按教科書(shū)和臨床實(shí)習(xí)大綱進(jìn)行神經(jīng)外科基礎(chǔ)及臨床知識(shí)講課、指導(dǎo)教學(xué)查房、病例討論、手術(shù)帶教等。主要利用CT或MR影像片及解剖學(xué)圖譜講解神經(jīng)系統(tǒng)解剖結(jié)構(gòu),啟發(fā)學(xué)生將二維解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)一步構(gòu)想為三維結(jié)構(gòu)，再結(jié)合臨床實(shí)際病例的影像資料啟發(fā)學(xué)生推導(dǎo)所對(duì)應(yīng)的癥狀、體征及演變趨勢(shì)，提出鑒別診斷、初步診斷、治療方案等。本組中帶教老師、教學(xué)內(nèi)容、進(jìn)度、學(xué)時(shí)數(shù)，摸底測(cè)試、實(shí)習(xí)效果評(píng)分問(wèn)卷及出科考核內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)組完全一致。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)組采用3D打印顱腦實(shí)體模型輔助臨床帶教模式 (1)制作3D打印顱腦實(shí)體模型。 選取顱內(nèi)動(dòng)脈瘤、腦膜瘤、高血壓腦出血3種神經(jīng)外科臨床常見(jiàn)的疾病各制作一個(gè)典型的3D打印顱腦實(shí)體模型。具體方法：根據(jù)患者的增強(qiáng)CT或MRI原始數(shù)據(jù)，經(jīng)由PACS系統(tǒng)以DICOM格式輸出數(shù)據(jù)導(dǎo)入Mimics軟件，處理形成三維虛擬模型并轉(zhuǎn)換成STL文件，傳輸至J750full-colorprinter型打印機(jī)，采用光敏樹(shù)脂材料打印出3D顱腦實(shí)體模型。腦膜瘤和顱內(nèi)動(dòng)脈瘤3D模型見(jiàn)圖1。(2)采用3D打印顱腦實(shí)體模型輔助臨床講課。在臨床講課中使用3D模型結(jié)合影像圖片及解剖學(xué)圖譜講解顱腦的解剖結(jié)構(gòu)并互動(dòng)討論。重點(diǎn)把二維的影像表現(xiàn)和解剖學(xué)圖譜轉(zhuǎn)換成三維立體結(jié)構(gòu)，通過(guò)3D模型和二維圖片的對(duì)比使學(xué)生理解顱腦及其病變的三維解剖。(3)采用3D打印顱腦實(shí)體模型啟發(fā)臨床思維。通過(guò)3D模型展示各種病灶的部位、大小及毗鄰關(guān)系，啟發(fā)所對(duì)應(yīng)的癥狀、體征及演變趨勢(shì)。重點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)3D模型中病灶的表現(xiàn)提出相應(yīng)的鑒別診斷、初步診斷和治療措施。(4)采用3D打印顱腦實(shí)體模型實(shí)施手術(shù)教學(xué)。術(shù)前通過(guò)3D模型講解手術(shù)切口及路徑的選擇，需注意保護(hù)的組織結(jié)構(gòu)，使學(xué)生在術(shù)前對(duì)復(fù)雜精細(xì)的神經(jīng)外科手術(shù)獲得初步印象。術(shù)中通過(guò)直接上臺(tái)或觀(guān)摩手術(shù)進(jìn)行更直觀(guān)的觀(guān)察。術(shù)后通過(guò)對(duì)照3D模型回顧手術(shù)過(guò)程進(jìn)一步強(qiáng)化對(duì)手術(shù)的理解。

(左)腦動(dòng)脈瘤 (右)3D打印模型

1.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.3.1 調(diào)查問(wèn)卷 設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)效果評(píng)分問(wèn)卷，內(nèi)容包括學(xué)習(xí)興趣、閱片能力、解剖理解力、手術(shù)理解力、臨床思維能力、帶教滿(mǎn)意度共6項(xiàng)。前5項(xiàng)是對(duì)學(xué)習(xí)興趣和各類(lèi)臨床能力的自評(píng)，最后1項(xiàng)是對(duì)帶教滿(mǎn)意度的評(píng)價(jià)。每項(xiàng)有5個(gè)等級(jí)，非常差(1分)、差(2分)、一般(3分)、好(4分)、非常好(5分)，此表由學(xué)生在實(shí)習(xí)結(jié)束時(shí)完成自評(píng)。

1.3.2 出科理論與實(shí)踐考核 設(shè)計(jì)出科理論考核和出科實(shí)踐考核，各為50分，滿(mǎn)分100分。內(nèi)容包括神經(jīng)外科基礎(chǔ)知識(shí)題(如顱腦解剖、生理病理等)、臨床閱片題(X線(xiàn)、CT或MR讀片)、臨床病例分析題(根據(jù)病例資料提出診斷、鑒別診斷和治療方案等)和模擬操作題(如腰穿、顱腦手術(shù)切口定位等)，考查重點(diǎn)為學(xué)生的臨床思維及實(shí)踐能力。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

使用SPSS16.0統(tǒng)計(jì)軟件，計(jì)量資料采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，計(jì)數(shù)資料采用χ2檢驗(yàn)。以P<0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 實(shí)習(xí)生學(xué)習(xí)效果

實(shí)驗(yàn)組實(shí)習(xí)生的學(xué)習(xí)興趣、閱片能力、解剖理解力、手術(shù)理解力、臨床思維能力、帶教滿(mǎn)意度評(píng)分明顯高于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。見(jiàn)表1。

表1 2組實(shí)習(xí)生學(xué)習(xí)效果比較分)

2.2 實(shí)習(xí)生出科考核成績(jī)

實(shí)驗(yàn)組實(shí)習(xí)生的出科理論考核、出科實(shí)踐考核和出科考核總分均明顯高于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。見(jiàn)表2。

表2 2組實(shí)習(xí)生出科考核成績(jī)比較分)

3 討 論

本研究中實(shí)驗(yàn)組的學(xué)習(xí)效果問(wèn)卷評(píng)分和出科考核成績(jī)明顯高于對(duì)照組，表明采用3D打印顱腦實(shí)體模型輔助臨床帶教模式明顯優(yōu)于傳統(tǒng)臨床帶教模式。以圖1為例，圖片左側(cè)展示的是右前額大腦鐮旁腦膜瘤3D打印模型，模型清晰地展示了腦膜瘤(可用藍(lán)色表示)在顱內(nèi)的位置、大小及形態(tài)，病灶為實(shí)性腫瘤，邊界清楚，大小約6cm×6cm×5cm，緊貼于右額骨內(nèi)板和大腦鐮，部分?jǐn)D向腦中線(xiàn)左側(cè)。顱內(nèi)主要?jiǎng)用}(可用紅色表示)，可以發(fā)現(xiàn)大腦前動(dòng)脈A2段緊貼病灶左側(cè)，被病灶向左擠壓。教學(xué)中根據(jù)此模型啟發(fā)實(shí)習(xí)生熟悉腦膜瘤的好發(fā)部位、邊界、性質(zhì)等，如好發(fā)于大腦凸面、大腦鐮旁、竇旁等，邊界清楚，性質(zhì)為實(shí)性等。然后引導(dǎo)學(xué)生提出鑒別診斷，如與腦膠質(zhì)瘤的區(qū)別，后者位于腦實(shí)質(zhì)內(nèi)，可為囊性，邊界常不清等。再提出治療方案：大多需手術(shù)切除。根據(jù)模型中病灶的表現(xiàn)啟發(fā)學(xué)生手術(shù)采用的切口，需避開(kāi)的血管，如在此模型中需注意避開(kāi)大腦前動(dòng)脈。圖片右側(cè)展示的為大腦頸內(nèi)動(dòng)脈系統(tǒng)和椎基底動(dòng)脈系統(tǒng)(帶有左側(cè)小腦上動(dòng)脈瘤)。由于顱內(nèi)動(dòng)脈走行彎曲較多，傳統(tǒng)的平面圖片教學(xué)無(wú)法準(zhǔn)確描述其走行，通過(guò)3D打印模型可以展示其立體走行，講清兩套顱內(nèi)動(dòng)脈系統(tǒng)的分段分支等，并能展示動(dòng)脈瘤的大小形態(tài)好發(fā)部位，如在此模型中可以清晰地發(fā)現(xiàn)左側(cè)小腦上動(dòng)脈有一動(dòng)脈瘤，使學(xué)生對(duì)顱內(nèi)動(dòng)脈系統(tǒng)和顱內(nèi)動(dòng)脈瘤有了深刻的印象。如此可以將平時(shí)課堂上教學(xué)的“死”知識(shí)迅速轉(zhuǎn)換為臨床實(shí)踐中的 “活”知識(shí)，從而提高了學(xué)習(xí)的效率。可見(jiàn)，通過(guò)3D打印模型輔助臨床帶教克服了傳統(tǒng)教學(xué)的空洞枯燥及病理?xiàng)l件下難以還原人體真實(shí)解剖的不足之處，將3D模型具體地展現(xiàn)在學(xué)生面前，豐富了課堂內(nèi)容，使學(xué)生有身臨其境的感覺(jué)，提高了學(xué)習(xí)興趣和參與度，可以說(shuō)3D打印模型成為了臨床學(xué)習(xí)的效率倍增器[1-2]。3D打印模型為年輕醫(yī)師的成長(zhǎng)提供良好的學(xué)習(xí)平臺(tái)，也是對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)的完善和提升，這與國(guó)內(nèi)外類(lèi)似研究相符[3-5]。用3D打印顱腦實(shí)體模型結(jié)合臨床真實(shí)病例教學(xué)，可以使疾病所表現(xiàn)出的癥狀、體征和影像表現(xiàn)在3D模型上獲得推導(dǎo)和對(duì)應(yīng)。通過(guò)鼓勵(lì)引導(dǎo)學(xué)生把孤立的臨床證據(jù)通過(guò)3D模型串聯(lián)起來(lái)，豐富并清晰了學(xué)生的臨床思路，使他們能從狹小的“點(diǎn)”的認(rèn)識(shí)上升至廣大的“面”上的認(rèn)知，逐步實(shí)現(xiàn)“質(zhì)的突破和飛躍”[6]。

傳統(tǒng)神經(jīng)外科臨床帶教大多基于課本知識(shí)和二維影像圖片或解剖學(xué)圖譜，但是神經(jīng)外科所研究的顱腦解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能精細(xì)，病變往往在深部且隱蔽，基于二維圖片的傳統(tǒng)教學(xué)難以真實(shí)生動(dòng)地反映顱腦解剖結(jié)構(gòu)或病變。在既往的臨床帶教實(shí)踐中學(xué)生大多反映神經(jīng)外科解剖太復(fù)雜難懂，因此難以掌握神經(jīng)外科疾病的臨床診治，包括閱片困難、手術(shù)難懂、臨床思維局限等，從而極大地影響了實(shí)習(xí)效果。如在臨床教學(xué)過(guò)程中制作高仿真的3D打印顱腦實(shí)體模型，將有助于學(xué)生深刻理解神經(jīng)系統(tǒng)復(fù)雜的三維解剖結(jié)構(gòu)，從而提高臨床思維及實(shí)踐能力[7]。

總之，以3D打印顱腦實(shí)體模型應(yīng)用于神經(jīng)外科臨床帶教，對(duì)提高神經(jīng)外科臨床教學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量有積極促進(jìn)作用，值得神經(jīng)外科臨床教學(xué)及相關(guān)專(zhuān)科臨床教學(xué)改革時(shí)借鑒參考。當(dāng)然目前大多數(shù)教學(xué)醫(yī)院并沒(méi)有配備3D打印機(jī)，如委托加工成本仍較高，還有待成本降低后才能推廣。