3D打印模型在肝腫瘤臨床教學(xué)中的應(yīng)用研究

譚鈞尹，羅翔，韋燕，秦豪，譚霄，梁俊杰，張其標(biāo)

(1.廣西壯族自治區(qū)貴港市人民醫(yī)院腫瘤科，廣西 貴港；2.廣西壯族自治區(qū)貴港市人民醫(yī)院廣西數(shù)字醫(yī)學(xué)與3D打印臨床醫(yī)學(xué)研究中心，廣西 貴港)

0 引言

原發(fā)性肝癌是常見(jiàn)的消化道惡性腫瘤，在廣西尤為高發(fā)，其治療效果差，死亡率高[1]，是醫(yī)學(xué)生實(shí)習(xí)階段必須掌握的常見(jiàn)病及多發(fā)病，但因肝臟空間及解剖結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，肝血管結(jié)構(gòu)的多樣性，學(xué)生對(duì)肝臟的解剖結(jié)構(gòu)、腫瘤位置及其周圍毗鄰關(guān)系的理解難度較大。傳統(tǒng)教學(xué)方法中，對(duì)肝臟及腫瘤的解剖結(jié)構(gòu)的講解通常采用二維圖像，如CT、MRI等，學(xué)生不易將二維圖像轉(zhuǎn)化為立體空間概念，難以全面掌握其解剖特點(diǎn)，是臨床教學(xué)中的難點(diǎn)及重點(diǎn)。

3D打印技術(shù)是一種快速成型技術(shù)，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域通常以CT/MRI斷層圖像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用連續(xù)逐層打印的方式構(gòu)造出立體的3D實(shí)體模型。3D打印模型能較好的顯露復(fù)雜的三維立體結(jié)構(gòu)，具有直觀性、可視性，近年來(lái)被逐漸應(yīng)用于口腔臨床個(gè)性化治療及骨科的術(shù)前規(guī)劃、醫(yī)患溝通、金屬內(nèi)植物及臨床教學(xué)中[2,3]。在肝腫瘤方面，有報(bào)道顯示3D打印技術(shù)在肝腫瘤的術(shù)前規(guī)劃及術(shù)中引導(dǎo)有一定指導(dǎo)意義，可實(shí)現(xiàn)肝腫瘤的精準(zhǔn)治療，提高手術(shù)成功率，降低手術(shù)并發(fā)癥[4-6]。目前，對(duì)于3D打印技術(shù)在腫瘤臨床教學(xué)中的應(yīng)用報(bào)道較少，因此我們將3D打印技術(shù)應(yīng)用到肝腫瘤臨床醫(yī)學(xué)中，在傳統(tǒng)臨床見(jiàn)習(xí)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(xué)模式，以提高教學(xué)質(zhì)量。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

選取2018年7月至2019年10月期間在我院腫瘤科實(shí)習(xí)的80名學(xué)生作為研究對(duì)象，均為本科臨床專業(yè)，隨機(jī)分為對(duì)照組和試驗(yàn)組，每組各40人，對(duì)照組采用傳統(tǒng)教學(xué)方法，試驗(yàn)組采用傳統(tǒng)教學(xué)方法的基礎(chǔ)上配合3D打印肝腫瘤模型進(jìn)行輔助教學(xué)。授課為同一名主任醫(yī)師，兩組學(xué)生使用相同的教學(xué)大綱，兩組學(xué)生的性別，年齡，在校期間系統(tǒng)解剖學(xué)、局部解剖學(xué)、醫(yī)學(xué)影像學(xué)、內(nèi)科、外科、婦產(chǎn)科及兒科科目考試總成績(jī)比較無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＞0.05)(詳見(jiàn)表1)。

表1 80名學(xué)生的基本資料

1.2 研究方法

1.2.1 對(duì)照組

授課前預(yù)選好較典型的原發(fā)性肝癌病人資料，采用傳統(tǒng)教學(xué)模式，具體如下：

理論課：2個(gè)學(xué)時(shí)，理論課教學(xué)大綱包括：(1).原發(fā)性肝癌的定義和流行病學(xué)特點(diǎn)；(2).病因：肝硬化、病毒性肝炎、黃曲霉素、其他；(3).病理分型：根據(jù)病理形態(tài)分型、腫瘤大小分型、癌細(xì)胞分化程度分型；(4).臨床表現(xiàn)：癥狀和體征；(5).診斷：血液學(xué)檢查和影像學(xué)診斷；(6).最新的肝癌分期方法；(7)鑒別診斷；(8).并發(fā)癥和轉(zhuǎn)歸；(9)治療：手術(shù)治療、B超引導(dǎo)下經(jīng)皮穿刺腫瘤射頻、微波或注射無(wú)水酒精治療、介入治療、放療、化療、靶向治療、免疫治療、中醫(yī)中藥治療、并發(fā)癥的處理。

實(shí)踐課教學(xué)步驟：(1)指導(dǎo)學(xué)生詢問(wèn)病史及體格檢查；(2)學(xué)生閱讀患者的實(shí)驗(yàn)室檢查結(jié)果、B超、CT、MR等影像學(xué)資料，并結(jié)合患者的臨床表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)室檢查結(jié)果及影像學(xué)資料進(jìn)行討論，做出初步診斷、腫瘤分期、鑒別診斷。(3)學(xué)生根據(jù)肝癌綜合治療原則，結(jié)合患者的各項(xiàng)臨床資料，制定具體的診療計(jì)劃、可能出現(xiàn)的并發(fā)癥及處理方法；(4)教師對(duì)相關(guān)病例進(jìn)行點(diǎn)評(píng)補(bǔ)充；(5)教師引導(dǎo)學(xué)生閱片，結(jié)合影像學(xué)資料，重點(diǎn)講解內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：①肝臟的正常解剖結(jié)構(gòu)；②肝臟的“五葉八段”分區(qū)法及與相對(duì)應(yīng)的CT、MR斷層解剖知識(shí)；③三個(gè)肝門的識(shí)別；④腫瘤的位置、數(shù)目、大小、與臟器及血管的毗鄰關(guān)系，結(jié)合具體案例，根據(jù)腫瘤的位置及毗鄰關(guān)系，優(yōu)選的治療方案。

試驗(yàn)組：在傳統(tǒng)教學(xué)模式的基礎(chǔ)上配合3D打印模型輔助教學(xué)。挑選臨床診斷為原發(fā)性肝癌的患者，并行64層薄層CT增強(qiáng)掃描，層厚為6mm，CT數(shù)據(jù)以DICOM格式導(dǎo)出，采用minics17軟件，對(duì)整個(gè)肝臟、腫瘤、肝動(dòng)脈、門靜脈、肝靜脈結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維重建，圖像以STL格式導(dǎo)入Makerbot軟件，采用3D打印機(jī)進(jìn)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(duì)照組的教學(xué)方法基礎(chǔ)上，教師在引導(dǎo)學(xué)生閱片的過(guò)程中，使用3D打印模型給學(xué)生重點(diǎn)講解肝臟的解剖結(jié)構(gòu)、“五葉八段”分區(qū)法及與相對(duì)應(yīng)的CT斷層解剖知識(shí)、三個(gè)肝門的識(shí)別以及腫瘤的位置、大小、毗鄰關(guān)系，結(jié)合具體案例，根據(jù)腫瘤的位置及毗鄰關(guān)系，優(yōu)選的治療方案。

1.3 效果評(píng)價(jià)

1.3.1 理論考核

實(shí)習(xí)結(jié)束出科前一天，對(duì)兩組學(xué)生理論考核以評(píng)估對(duì)課程內(nèi)容的掌握程度，試題共計(jì)50題，全部為選擇題，其中單選題40題，每題2分，共計(jì)4個(gè)選項(xiàng)；多選題10題，每題2分，共計(jì)4個(gè)選項(xiàng)，總分100分，考試時(shí)間60分鐘，兩組學(xué)生均采用同一套試卷進(jìn)行閉卷考試?？己藘?nèi)容主要包括肝癌的流行病學(xué)特點(diǎn)、病因病理、臨床表現(xiàn)、影像學(xué)特點(diǎn)、主要治療方案、病歷書寫、肝臟的解剖結(jié)構(gòu)、以及具體案例CT或MR圖像上腫瘤的位置、毗鄰關(guān)系等。

1.3.2 主觀問(wèn)卷調(diào)查

通過(guò)自制調(diào)查問(wèn)卷了解學(xué)生對(duì)教學(xué)方法的滿意度。所有學(xué)生出科前均完成并提交調(diào)查問(wèn)卷表，問(wèn)卷內(nèi)容包括：激發(fā)學(xué)習(xí)興趣；有助于局部解剖的知識(shí)理解；提升臨床診治思維；贊同授課方式。學(xué)生就每個(gè)問(wèn)題進(jìn)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(tǒng)計(jì)學(xué)方法

應(yīng)用SPSS 17.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，兩組學(xué)生年齡、在校成績(jī)、出科考核的理論成績(jī)及主觀問(wèn)卷評(píng)分均采用Mean±SD表示。組間比較，計(jì)數(shù)資料采用χ2檢驗(yàn)，計(jì)量資料采用t檢驗(yàn)。P＜0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組理論考核成績(jī)比較

試驗(yàn)組的平均理論考試成績(jī)優(yōu)于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，見(jiàn)表2。

表2 理論成績(jī)比較

圖1 肝腫瘤模型

2.2 兩組主觀問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果比較

相比對(duì)照組，試驗(yàn)組的教學(xué)方案更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有助于局部解剖知識(shí)的理解、同時(shí)能提升學(xué)生的臨床診治思維，見(jiàn)表3。

3 結(jié)論

采用3D打印肝腫瘤模型進(jìn)行臨床教學(xué)有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及對(duì)局部解剖知識(shí)的理解，同時(shí)能提升學(xué)生的臨床診治思維。與傳統(tǒng)教學(xué)方法相比，在傳統(tǒng)教學(xué)方法上輔以3D打印技術(shù)的教學(xué)模式有助于臨床教學(xué)效果，具有一定優(yōu)勢(shì)，值得在臨床教學(xué)中推廣應(yīng)用。

4 討論

原發(fā)性肝癌是廣西高發(fā)的消化道惡性腫瘤[1]，首選手術(shù)切除，不手術(shù)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(jù)腫瘤所處的位置及局部解剖關(guān)系，因此對(duì)肝臟解剖結(jié)構(gòu)及腫瘤與局部解剖關(guān)系的全面認(rèn)識(shí)和正確評(píng)估是制定治療計(jì)劃的關(guān)鍵。原發(fā)性肝癌是臨床教學(xué)中的重點(diǎn)內(nèi)容，學(xué)生對(duì)肝臟解剖結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)是掌握肝癌最重要的基本知識(shí)，然而因肝臟解剖結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，兩套脈管系統(tǒng)在肝臟中穿行，常伴有解剖學(xué)變異，是教學(xué)中的難點(diǎn)。傳統(tǒng)教學(xué)方法通常是通過(guò)書籍解剖圖冊(cè)、超聲、CT、MRI等二維圖像來(lái)解釋肝臟解剖結(jié)構(gòu)及腫瘤的位置、周圍毗鄰關(guān)系，需要學(xué)生具備較強(qiáng)的空間想象力，理解難度大，學(xué)習(xí)曲線陡峭。

表3 主觀問(wèn)卷評(píng)分結(jié)果

在國(guó)外，3D打印技術(shù)已經(jīng)逐漸應(yīng)用到日常的各項(xiàng)臨床工作中，在骨科和心臟外科的臨床教學(xué)中應(yīng)用較為廣泛，相比傳統(tǒng)教學(xué)方式，取得較好的教學(xué)效果和較高的教學(xué)滿意度[7,8]。在國(guó)內(nèi)，3D打印技術(shù)在骨科臨床教學(xué)的應(yīng)用報(bào)道較多，利用3D打印技術(shù)對(duì)復(fù)雜部位的骨折和脊柱畸形的臨床教學(xué)，以及骨外科局部手術(shù)操作的培訓(xùn)均表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì)[9-12]。在腫瘤教學(xué)方面，李綿利等[13]將3D打印技術(shù)應(yīng)用在腫瘤放射治療學(xué)的教學(xué)中，在傳統(tǒng)教學(xué)方式的基礎(chǔ)上，利用3D打印模型輔助傳授腫瘤放射治療方案要點(diǎn)，包括放療定位、靶區(qū)勾畫、計(jì)劃設(shè)計(jì)及相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)事項(xiàng)，可提高學(xué)員的理論考核成績(jī)、病例分析成績(jī)以及綜合能力自我評(píng)分，可明顯提高教學(xué)質(zhì)量。鄭春雷等[14]研究報(bào)道亦顯示，3D打印技術(shù)聯(lián)合PBL教學(xué)模式可有效提高住院醫(yī)師的學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)興趣。隨著3D打印技術(shù)的日益成熟，將會(huì)在醫(yī)學(xué)各學(xué)科教學(xué)中發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。

本研究中，我們應(yīng)用3D打印技術(shù)，個(gè)體化地將肝臟內(nèi)的動(dòng)靜脈的走形及腫瘤的局部解剖特點(diǎn)，通過(guò)打印3D模型直觀的表現(xiàn)出來(lái)，實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)際的結(jié)合，個(gè)體化的展現(xiàn)肝腫瘤的解剖結(jié)構(gòu)，可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深醫(yī)學(xué)生對(duì)肝臟及腫瘤局部解剖結(jié)構(gòu)的理解，提高學(xué)習(xí)效率。學(xué)生在結(jié)合具體患者的病史、體格檢查及輔助檢查結(jié)果的基礎(chǔ)上，將肝腫瘤打印出來(lái)，模型觸手可及，更直觀形象，同時(shí)方便師生、學(xué)生之間及醫(yī)患之間的相互交流，對(duì)肝臟正常解剖結(jié)構(gòu)及肝腫瘤位置、毗鄰關(guān)系有更深層次的理解，有助于學(xué)生掌握該疾病的臨床特點(diǎn)、治療方案和并發(fā)癥等，能較好的提升學(xué)生的臨床診療思維。因此傳統(tǒng)教學(xué)方法輔以3D打印技術(shù)的教學(xué)模式有助于提高教學(xué)質(zhì)量，值得在臨床教學(xué)中推廣應(yīng)用。

本研究中也存在一定的局限性：①3D打印技術(shù)還未普及，在教學(xué)中的應(yīng)用仍處于早期階段；②教師掌握3D打印軟件需要一定時(shí)間，同時(shí)制作3D模型過(guò)程耗時(shí)也較長(zhǎng)；③3D打印模型與實(shí)際情況接近，但仍存在差異。

作者貢獻(xiàn)說(shuō)明

譚鈞尹、秦豪、韋燕：提出論文構(gòu)思、實(shí)驗(yàn)操作、論文撰寫；譚霄、梁俊杰：數(shù)據(jù)整理、統(tǒng)計(jì)學(xué)分析；羅翔、張其標(biāo)：研究指導(dǎo)、論文修改、經(jīng)費(fèi)支持。