3D 打印模具技術(shù)在神經(jīng)外科臨床教學中的應(yīng)用研究

梁敬心 廖 鑫 倪 永 劉永茂 王 博 孫先躍

（貴州醫(yī)科大學第二附屬醫(yī)院 貴州凱里 556000）

3D 打印技術(shù)是指以數(shù)字模型數(shù)據(jù)文件為基礎(chǔ)，通過可黏合材料，采用逐層打印原理，將藍本轉(zhuǎn)化為實物，從而進行模型制作的技術(shù)。其源于20 世紀90 年代，始用于航空和土木工程事業(yè)，近年來已廣泛應(yīng)用于醫(yī)學領(lǐng)域。[1]神經(jīng)外科是一類專業(yè)化相對較強、較復(fù)雜的學科，講究三維立體結(jié)構(gòu)化空間和立體定位，傳統(tǒng)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(shù)應(yīng)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(shù)應(yīng)用在神經(jīng)外科顱內(nèi)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(guān)理論知識及實踐能力，現(xiàn)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(jīng)外科實習的本科臨床專業(yè)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(tǒng)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(yè)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(guān)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(guān)課程缺席≥3 次者。

（二）方法

1.對照組：采用傳統(tǒng)的醫(yī)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(shù)教學模式，具體為：

首先選取我院神經(jīng)外科具有代表性的神經(jīng)顱內(nèi)病變患者的影像資料作為3D 打印仿真模具的資料數(shù)據(jù)，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，獲取患者的數(shù)字減影血管造影（DSA）影像資料，將數(shù)據(jù)以醫(yī)學數(shù)字成像和通信（DICOM）格式存檔；然后采用MIMICS 軟件對數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)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(nèi)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(nèi)病變血管的位置、大小、形態(tài)和載瘤動脈情況的講解，開展神經(jīng)外科解剖實體教學及神經(jīng)外科手術(shù)教學。

（三）觀察指標及評價標準

統(tǒng)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(tǒng)計情況均采用我院內(nèi)部設(shè)計的調(diào)查問卷進行評分，滿分為100 分，分數(shù)越高證明學生的學習情況越好。評測內(nèi)容有：①神經(jīng)外科學的課程理論學習掌握程度，包括有神經(jīng)外科顱內(nèi)病變或血管性疾病等?？浦R了解、疾病判斷、臨床癥狀表現(xiàn)以及神經(jīng)微創(chuàng)外科治療原則等。②神經(jīng)外科顱內(nèi)病變血管的實習實踐情況，包括顱內(nèi)動脈瘤解剖步驟、手術(shù)導管塑形以及神經(jīng)手術(shù)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(jié)合緊密度等。④調(diào)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(tǒng)計學方法

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

二、結(jié)果

（一）兩組學生的神經(jīng)外科學的課程理論學習掌握程度

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

表1 兩組學生的神經(jīng)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(jīng)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(jīng)外科顱內(nèi)病變血管的實習實踐情況

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

表2 兩組學生的神經(jīng)外科顱內(nèi)病變血管的實習實踐情況對比（分，）

表2 兩組學生的神經(jīng)外科顱內(nèi)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(jié)合緊密度均得到顯著改善，而觀察組的各項評分均優(yōu)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(yōu)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(jié)語

神經(jīng)外科一直是臨床醫(yī)學上的重點學科，近年來腦血管疾病的發(fā)病率呈上升趨勢，多種腦血管疾病的主要治療方式為手術(shù)治療，要求的專業(yè)性及復(fù)雜度較高，對于臨床教學而言是一個難題。目前，神經(jīng)外科本科臨床教學多使用傳統(tǒng)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(xiàn)實技術(shù)也只能幫助醫(yī)學生從視覺上進行體會和理解。我國較早應(yīng)用3D 打印模具技術(shù)于神經(jīng)外科的學者成功構(gòu)建了3D 全顱底及顱頸交界區(qū)畸形模具，[3]另外或?qū)⒃摷夹g(shù)應(yīng)用于單純的顱內(nèi)動脈瘤教學，對顱底及顱頸交界區(qū)和動脈瘤的手術(shù)教學有新的突破。但目前3D 打印模具技術(shù)在我國的醫(yī)學領(lǐng)域尤其神經(jīng)外科的應(yīng)用仍處于起步狀態(tài)。

本研究應(yīng)用3D 打印模具技術(shù)在神經(jīng)外科顱內(nèi)病變血管的臨床教學，主要是通過3D 打印模具技術(shù)來制作示范、訓練的模具，輔助教學。首先將真實的臨床數(shù)據(jù)資料轉(zhuǎn)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(nèi)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(shù)技能訓練課程教學做好基礎(chǔ)準備，提供教學和手術(shù)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(yī)學生在等比例的模具上進行實操訓練，實施關(guān)鍵真實的手術(shù)步驟，親身感受到手術(shù)的過程；通過拆分顱腦模型，幫助醫(yī)學生建立三維結(jié)構(gòu)意識，直觀地了解顱內(nèi)各腦室、功能區(qū)、神經(jīng)核團的毗鄰及動靜脈循環(huán)走行等知識點，結(jié)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(jié)構(gòu)進行對比，進一步了解疾病的發(fā)生及發(fā)展經(jīng)過。本研究經(jīng)過不同的臨床教學，結(jié)果顯示，觀察組的各項神經(jīng)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(yōu)于對照組。神經(jīng)外科作為難度大、復(fù)雜性高的臨床?？?，需要開展的手術(shù)主要為顱內(nèi)解剖，而顱腦作為人體最為復(fù)雜且操作準確性要求極高的器官部位，要求手術(shù)執(zhí)行者必須選擇最為適合的手術(shù)入路及進行最為準確的手術(shù)操作。[4]然而，每位患者的病情狀況不同，發(fā)生病變的部位區(qū)域亦有所變化，因此，每次手術(shù)均須為患者選擇正確的最佳手術(shù)入路，避免手術(shù)發(fā)生意外，并盡量縮短手術(shù)時間及降低手術(shù)難度。[5]對于投身臨床工作的醫(yī)療人員而言，神經(jīng)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(shù)安全開展的基礎(chǔ)，尤其要求學生需扎實把握解剖結(jié)構(gòu)等方面的知識。[6]傳統(tǒng)沿用的臨床圖譜教學，主要通過圖表、視頻等方式來向?qū)W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(guān)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(nèi)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(jīng)過長時間的福爾馬林浸泡其部分組織已發(fā)生變化，尤其影響到顱內(nèi)的細小血管與神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。[7]3D 打印模具技術(shù)的優(yōu)勢在于其可有效還原真實的人體顱內(nèi)結(jié)構(gòu)，包括血管分析、神經(jīng)通路、腦組織成分、骨質(zhì)位置等，有利于學生仔細觀察人體的顱內(nèi)結(jié)構(gòu)，全面認識到神經(jīng)外科的解剖結(jié)構(gòu)及疾病特征等；不僅如此，3D 打印模具技術(shù)使得臨床相關(guān)實踐操作具有重復(fù)性，學生可進行反復(fù)實踐學習，并在3D 模具上模擬手術(shù)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(jié)合緊密度的對比結(jié)果上顯示，觀察組的各項評分均優(yōu)于對照組，提示3D 打印模具技術(shù)可有助于醫(yī)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(lián)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(jīng)外科學涉及多學科，知識點分布廣，教學任務(wù)重，致使剛投入臨床實習的醫(yī)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(shù)增加了學習的興趣性，使得醫(yī)學生可提高動手率，激發(fā)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(yīng)用3D 打印模具技術(shù)于神經(jīng)外科臨床教學中可有效地鞏固醫(yī)學生對臨床理論知識的掌握，提高實習實踐的能力，幫助醫(yī)學生掌握專業(yè)醫(yī)學知識并有效地與臨床實際操作結(jié)合，增加教學積極性、學習熱情，值得推廣。