AR技術(shù)配合3D打印模型在介入手術(shù)教學(xué)培訓(xùn)中的應(yīng)用

高志康，崔艷峰，徐浩，沙俊成

（徐州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院 介入科，江蘇 徐州 221000）

0 引言

在進(jìn)行神經(jīng)介入手術(shù)教學(xué)培訓(xùn)過程當(dāng)中，需要對學(xué)生詳細(xì)講解人體內(nèi)部神經(jīng)系統(tǒng)的專業(yè)知識。同時(shí)需要學(xué)生對大腦內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)詳細(xì)了解。在AR技術(shù)的支持下，將3D打印技術(shù)不斷應(yīng)用到神經(jīng)介入手術(shù)的教學(xué)培訓(xùn)當(dāng)中，以3D打印模型作為神經(jīng)介入手術(shù)教學(xué)的教具，在AR 技術(shù)支持下，3D打印模型應(yīng)用于教學(xué)培訓(xùn)過程當(dāng)中發(fā)揮的作用。利用數(shù)字成像技術(shù)，以3D打印技術(shù)將人體大腦完美復(fù)制，能夠讓學(xué)生更直觀、更細(xì)致的了解人體大腦內(nèi)部的各個(gè)細(xì)節(jié)，讓學(xué)生了解在實(shí)際的手術(shù)過程當(dāng)中所能夠遇到的各種病情，提高學(xué)生對病情分析的能力，強(qiáng)化神經(jīng)介入手術(shù)教學(xué)的整體效果[1]。就目前現(xiàn)狀而言，平面化的解剖圖譜、CT斷層圖像與磁共振圖像更廣泛的應(yīng)用在教學(xué)培訓(xùn)當(dāng)中，但是這些方式對大腦整體結(jié)構(gòu)展示的過于片面，不利于學(xué)生對大腦結(jié)構(gòu)更加詳實(shí)的了解。同時(shí)受客觀因素影響，以實(shí)踐解剖為主的課程也并不頻繁。對此，AR技術(shù)支持下的3D打印模型在神經(jīng)介入手術(shù)的整體教學(xué)培訓(xùn)過程當(dāng)中的地位越來越重要。

1 3D打印模型在介入手術(shù)教學(xué)培訓(xùn)中的意義

在進(jìn)行相關(guān)的神經(jīng)介入手術(shù)教學(xué)培訓(xùn)過程中，需要不斷探索、更新教學(xué)培訓(xùn)手段，提高教學(xué)的整體質(zhì)量。神經(jīng)介入手術(shù)，在傳統(tǒng)的教學(xué)方式上通常是解剖知識的講解、三維空間的想象能力，以及相關(guān)手術(shù)經(jīng)驗(yàn)的傳授，再配上臨床實(shí)踐，觀測患者的相關(guān)數(shù)據(jù)。這種方式在進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐過程中，對于學(xué)生的整體能力的提升效果緩慢，需要長期的時(shí)間積累，才能夠提高神經(jīng)介入手術(shù)的經(jīng)驗(yàn)與能力。而AP技術(shù)下的3D打印模型技術(shù)進(jìn)入到神經(jīng)介入手術(shù)的教學(xué)培訓(xùn)當(dāng)中來，不斷依托高新技術(shù)，打破傳統(tǒng)的教學(xué)模式，將實(shí)際的病例以3D模型的方式，在教學(xué)培訓(xùn)過程中展現(xiàn)出來，降低了學(xué)生在進(jìn)行三維空間想象的誤差，提高學(xué)生的直觀感受，對實(shí)際病例的整體病情有詳細(xì)的了解，更容易吸收神經(jīng)介入教學(xué)的整體知識和相關(guān)的手術(shù)方法，對于學(xué)生手術(shù)能力的整體培養(yǎng)具有重要作用。

2 研究方法

2.1 教學(xué)系統(tǒng)的建設(shè)及功能。運(yùn)用AR技術(shù)，依托數(shù)字化信息處理系統(tǒng)將顱內(nèi)情況，以3D打印模型外化出來，結(jié)合配套的AI系統(tǒng)，將具體病例的整體大腦內(nèi)部情況表現(xiàn)出來，構(gòu)建一套完整的神經(jīng)介入手術(shù)教學(xué)系統(tǒng)。AP技術(shù)自身的交互性特點(diǎn)將信息數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)呈現(xiàn)出來，在教學(xué)中讓學(xué)生更清楚的了解神經(jīng)介入手術(shù)的整體情況。在進(jìn)行教學(xué)過程中，利用AR系統(tǒng)，發(fā)揮信息交互功能，讓學(xué)生以沉浸式的體驗(yàn)，通過系統(tǒng)顯示器直觀觀察三維空間的顱內(nèi)情況。將實(shí)際的操作手段與虛擬的三維空間立體成像相結(jié)合，在通過3D打印技術(shù)，以樹脂、硅膠等材料進(jìn)行模型的打印。模擬顱內(nèi)的顱骨、血管、神經(jīng)等。在神經(jīng)介入手術(shù)過程中采取3D打印模型的方式，提高介入手術(shù)教學(xué)培訓(xùn)的效果，盡可能的提高模型與實(shí)際顱內(nèi)情況的相關(guān)性，提高模型的真實(shí)感，幫助學(xué)生適應(yīng)神經(jīng)介入手術(shù)的整體流程，在實(shí)際教學(xué)中給學(xué)生帶來觸感反饋，提高教學(xué)培訓(xùn)的實(shí)際效果。最終，在AR系統(tǒng)中對相關(guān)的神經(jīng)介入手術(shù)注意的位置進(jìn)行標(biāo)記，將介入手術(shù)的模擬操作過程記錄在AR系統(tǒng)之中，通過顯示器反饋出來，以2D圖像打印方式將手術(shù)的模擬操作實(shí)踐過程反映出來[2]。在后續(xù)的神經(jīng)介入手術(shù)培訓(xùn)教學(xué)中，通過AR系統(tǒng)，對學(xué)生的模擬手術(shù)過程進(jìn)行相關(guān)指導(dǎo)，同時(shí)以此為鑒，提高在手術(shù)中應(yīng)該注意的問題，給手術(shù)技法，提升學(xué)生個(gè)人能力，優(yōu)化教學(xué)培訓(xùn)的整體成果。

2.2 實(shí)驗(yàn)分組與教學(xué)方法。在實(shí)際的教學(xué)培訓(xùn)過程中，一般采取分組教學(xué)的方式進(jìn)行神經(jīng)介入手術(shù)的相關(guān)教學(xué)。同時(shí)，通過分組的方式，以對比法來分析，在AR 技術(shù)支持下，3D打印模型應(yīng)用于教學(xué)培訓(xùn)過程當(dāng)中發(fā)揮的作用。對教學(xué)培訓(xùn)的學(xué)生進(jìn)行1:1的分組，分別對學(xué)生進(jìn)行傳統(tǒng)的神經(jīng)介入手術(shù)的教學(xué)培訓(xùn)與AR技術(shù)支持下的教學(xué)培訓(xùn)。通過兩種不同的的教學(xué)方法，探究AR技術(shù)支持下的3D打印模型應(yīng)用于神經(jīng)介入手術(shù)教學(xué)中的實(shí)施效果是否明顯。針對兩組學(xué)生，對他們的相關(guān)成績進(jìn)行分析，在進(jìn)行具體授課時(shí)，一組學(xué)生進(jìn)行AR技術(shù)支持下的授課，另外一組進(jìn)行手術(shù)視頻教學(xué)模式的授課。通過兩組同學(xué)不同的授課反應(yīng)，對不同教學(xué)模式進(jìn)行分析探討，探究AR技術(shù)下的3D打印模型技術(shù)應(yīng)用于神經(jīng)介入手術(shù)教學(xué)培訓(xùn)中的積極意義。

2.3 評價(jià)。通過兩組不同的教學(xué)模式，對學(xué)生最終的學(xué)習(xí)成績進(jìn)行分析探討。首先以最直觀的理論測試與手術(shù)操作考試，對學(xué)生的整體學(xué)習(xí)成果進(jìn)行階段性的測驗(yàn)。對兩組不同教學(xué)方法的學(xué)生成績進(jìn)行分析。從知識理論角度，AR技術(shù)的應(yīng)用效果與傳統(tǒng)手術(shù)視頻的教學(xué)成果哪一種方式更為明顯。從手術(shù)操作角度檢測兩種教學(xué)模式的教學(xué)效果。此外，利用調(diào)查問卷的方式對參與教學(xué)的學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)效果反饋。在調(diào)查問卷的設(shè)置中，問卷內(nèi)容需要納入“AR教學(xué)系統(tǒng)是否既有實(shí)際效用？”“AR教學(xué)系統(tǒng)在教學(xué)模式上是否具有創(chuàng)新性？”“你對于這種模式的滿意程度?！钡认嚓P(guān)問題。不斷增強(qiáng)AR技術(shù)在手術(shù)教學(xué)中的實(shí)踐能力，積極利用AR技術(shù)進(jìn)行教學(xué)，優(yōu)化神經(jīng)介入手術(shù)的整體教學(xué)培訓(xùn)方式。

2.4 結(jié)果。根據(jù)兩組學(xué)生不同的教學(xué)模式對比結(jié)果，在無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異的情況下進(jìn)行合理對比，采取AR教學(xué)模式的同學(xué)，對知識理論的的掌握程度稍強(qiáng)與傳統(tǒng)教學(xué)模式的學(xué)生，但是整體的的得分情況未出現(xiàn)巨大差異。在手術(shù)實(shí)踐操作的測試中，采用AR教學(xué)模式的小組，整體的手術(shù)操作得分更高，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)教學(xué)小組的操作得分，在統(tǒng)計(jì)學(xué)上的差異明顯，且測試結(jié)果與統(tǒng)計(jì)結(jié)果具有有效性。綜合操作成績與理論成績，采用AR 教學(xué)進(jìn)行神經(jīng)介入手術(shù)的教學(xué)培訓(xùn)，對學(xué)生理解相關(guān)的理論知識有所幫助，同時(shí)，對學(xué)生具體的手術(shù)操作實(shí)踐能力的提升大有裨益[3]。并且，結(jié)合相關(guān)的調(diào)查問卷對AR技術(shù)支持下的教學(xué)培訓(xùn)進(jìn)行信息采集，得出相關(guān)結(jié)果，實(shí)踐結(jié)果表明，AR技術(shù)配合3D模型打印方式，在具體的教學(xué)實(shí)踐過程中具有積極意義，同時(shí)，該方法的運(yùn)用創(chuàng)新性原則，將科學(xué)技術(shù)同神經(jīng)介入手術(shù)教學(xué)培訓(xùn)相結(jié)合，對于學(xué)生手術(shù)能力的整體培養(yǎng)具有重要作用。將3D打印這種快速成型的技術(shù)與醫(yī)學(xué)實(shí)踐相結(jié)合，不斷發(fā)揮3D技術(shù)的便捷性、快速性的整體優(yōu)勢，強(qiáng)化學(xué)生對于神經(jīng)介入手術(shù)的整體學(xué)習(xí)效果。

3 討論

在神經(jīng)介入手術(shù)的教學(xué)過程中所使用的教材，通常是將三維的大腦結(jié)構(gòu)進(jìn)行解剖，在教材中以二維的圖像模式向同學(xué)們展現(xiàn)。同時(shí)學(xué)生在整體學(xué)習(xí)過程當(dāng)中，對于實(shí)際的尸體解剖課程接觸并不頻繁，受到現(xiàn)實(shí)因素和客觀原因的影響，在尸體解剖課程中，學(xué)生實(shí)際操作的次數(shù)相對較低[4]。依托3D模型，模擬側(cè)腦室整體結(jié)構(gòu)，對側(cè)腦室的治療與解剖方法進(jìn)行細(xì)致講解，在教學(xué)培訓(xùn)當(dāng)中取得了優(yōu)異成果。與傳統(tǒng)的教學(xué)模式相比，3D打印技術(shù)運(yùn)用到神經(jīng)介入手術(shù)的教學(xué)當(dāng)中來，能夠讓學(xué)生更直觀的看到腫瘤、血管、神經(jīng)、周圍顱骨骨質(zhì)等毗鄰關(guān)系和三維空間關(guān)系。以三維立體空間，向?qū)W生完美展現(xiàn)人腦內(nèi)部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)[5]。同時(shí)依托實(shí)際案例，利用數(shù)字成像技術(shù)打印3D模型作為教學(xué)用具，讓學(xué)生了解在實(shí)際的手術(shù)過程當(dāng)中所能夠遇到的各種病情，提高學(xué)生對病情分析的能力。

綜上所述，在AR技術(shù)的支持下，不斷提高3D打印模型在神經(jīng)介入手術(shù)在教學(xué)過程當(dāng)中的實(shí)際應(yīng)用。利用數(shù)字成像和3D打印技術(shù)制作的模型進(jìn)行神經(jīng)介入手術(shù)教學(xué)培訓(xùn)。利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，在AR技術(shù)配合在進(jìn)行3D模型的打印，在具體的教學(xué)實(shí)踐過程中具有積極意義，不斷強(qiáng)化神經(jīng)介入手術(shù)的教學(xué)整體成果。強(qiáng)化學(xué)生利用3D模型深入了解人腦內(nèi)部結(jié)構(gòu)，了解在實(shí)際的情況當(dāng)中所遇到的。特殊病情，針對具體病情進(jìn)行科學(xué)合理的分析，從專業(yè)角度給出科學(xué)合理的治療方案。但是3D打印技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)當(dāng)中，不能夠完全獨(dú)立進(jìn)行系統(tǒng)授課，仍舊需要配合傳統(tǒng)教學(xué)模式進(jìn)行授課。在3D模型的打印過程當(dāng)中，對于顱內(nèi)的細(xì)小組織如血管、神經(jīng)，和菲薄組織例如硬腦膜、蛛網(wǎng)膜等，無法利用3D打印技術(shù)呈現(xiàn)出來。因此在進(jìn)行3D模型教學(xué)過程當(dāng)中，從傳統(tǒng)的教學(xué)模式出發(fā)，配合3D打印模型教具，提高學(xué)生對神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)部的理解能力，加強(qiáng)學(xué)生的專業(yè)知識的輸入，從多個(gè)方面強(qiáng)化神經(jīng)介入手術(shù)教學(xué)培訓(xùn)成果。