3D打印技术在神经外科神经肿瘤亚专科临床带教中的应用

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　　摘要：目的  将3D打印教具应用于神经外科颅脑肿瘤亚专业的临床教学中，探索该方法的教学效果。方法：随机抽取在长征医院神经外科神经肿瘤病区轮转的上海住院医师规范化培训学员进入研究。按其轮转先后顺序进行编号，通过统计软件SPSS 18.0随机分组，试验组30人，对照组30人。挑选典型的鞍区垂体巨腺瘤、前床突脑膜瘤、三叉神经鞘瘤、听神经瘤病例，使用MRI增强扫描，数字成像及3D打印技术制成3D树脂标本。对照组采用单纯常规教学法，试验组在此基础上结合3D打印标本进行临床带教。对两组学员的基本资料、出科考成绩进行统计学对比。结果： 两组学员在性别、年龄、经管病人数及教学满意度方面无统计学差异（p>0.05）;在出科理论考核成绩方面，试验组82.6±1.1分，对照组75.8±0.7分，差异有统计学意义（p<0.001）。结论： 3D打印技术对神经外科神经肿瘤亚专业教学效果有辅助促进作用，具有良好的教学应用前景。
　　关键词：三维;打印;教学;神经肿瘤
　　【中图分类号】R02    【文献标识码】A    【文章编号】2107-2306（2019）03-033-02
　　神经外科学神经肿瘤亚学科具有专业性强，临床病例复杂多变，手术风险高等特征，同时，颅内解剖结构复杂精细。而对于颅内解剖学知识的熟练掌握和术前手术入路的设计选择则是开展神经肿瘤手术的基础，这个过程需要经过严格的系统性训练。目前，传统的住院医师培训和手术计划几乎完全依赖于平面化的解剖图谱、CT断层成像和磁共振图像。由于尸头解剖在住院医师临床带教中可操作性低，因此仅用二维图像和书本文字是很难达到教学效果的。当前，外科教育模式已逐渐由传统的经验为基础的培训计划向外科模型模拟训练进行转变，最近在骨科、血管外科的研究表明，外科模型可以有助于医生解剖知识的学习并优化外科手术，而3D打印在这个模式转变过程中扮演着越来越重要的角色。本研究拟将3D打印教具应用于神经肿瘤亚专业的临床教学中，探索该方法的教学效果。
　　1.对象与方法：
　　1.1 对象纳入和排除方法：
　　随机抽查在上海长征医院神经外科神经肿瘤病区轮转的上海住院医师规范化培训基地学员进入研究。研究的纳入标准：1.长征医院外科住院医师规范化培训基地学员;2.非神经外科专业;3.至少经管过一位神经肿瘤患者。问卷的排除标准：1.资料不完整;2.存在明显错误、前后矛盾而导致结果不可信。3.神经外科本专业学员。
　　1.2 一般资料
　　從2015年1月至2019年1月，共60位学员在我科轮转学习，按其轮转先后顺序进行编号，通过统计软件SPSS 18.0分组，试验组30人，对照组30人。被试者年龄24～29岁，平均（26.12±0.21）岁。女学员16人，男学员44人。
　　1.3 研究方法
　　由长期承担第二军医大学本科教学工作的两位高年资医师（含副主任医师一名，主治医师一名）向两组学员进行统一授课，两组学员所处的教学环境相同，授课为小班制，每次4-6人，授课内容为20分钟的“颅脑解剖、颅内常见肿瘤的临床特点和治疗原则”。课堂上结合幻灯、CT图象、MRI图像等讲授。理论课结束后，两组学员均参加日常查房、手术及围手术期患者管理。试验组完成统一的授课后由一位主治医师单独进行3D教具的带教。挑选鞍区垂体巨腺瘤、前床突脑膜瘤、三叉神经鞘瘤、听神经瘤病例，使用1.5T磁共振成像系统（Philips，荷兰）对患者头颅进行扫描。将所得数据录入Mimics 15.0软件（Materialise 公司，比利时）并进行3D数字化模型建模，所得数字模型以“STL”格式输入银格3D打印机（SLA-l2，银格3D打印实业公司，中国），使用Somos 8000 工业级光敏树脂制作等比例模型[9]。学员们根据打印出来的骨折实物模型，加深对该部分患者病灶局部解剖、手术入路选择的理解和学习。
　　1.4 结果评价
　　神经外科神经肿瘤亚专科轮转期结束后（平均1月），对两组学员进行问卷测试，测试内容包括专业考核及一般调查，专业考核为一份总分100分的神经肿瘤理论考卷，题型均为选择题，主要包括颅脑的局部解剖（35分），颅内常见肿瘤的临床特点（25分），颅内肿瘤的手术治疗（40分）。一般调查内容包括调查对象的年龄、专业、毕业年限、轮转期间经管神经肿瘤患者数量及对教学的满意度及建议等等。教学满意度采用自制量表，根据问卷调查的一般原则制成，总分为100分，该量表由表头、一般情况及20余个彼此有关系的问题组成。
　　1.5 统计学分析
　　所有的调查数据采用双录入法，并经核查、校正，直至得到一个正确的数据集。对数据录入Excel软件（office 2007，Microsoft公司，美国），结果表示为均数±标准差。所有数据均采用SPSS18.0统计学软件（SPSS18.0，IBM公司，美国）进行统计分析处理（根据变量类型选择合适的检验方法如方差齐性检验、t检验和卡方检验）。P<0.05视为差异具有统计学意义。
　　2.结果
　　试验组被试者年龄25～29岁，平均（26.10±0.39）岁，男性19人，占63%; 对照组被试者年龄25～29岁，平均（26.31±0.13）岁，男性25人，占83%。两组在年龄、性别比无统计学差异（p>0.05）。经管神经肿瘤患者数：试验组人均经管患者6.2±0.2例，对照组人均经管病人6.6±0.2例，两组数据无统计学差异（p>0.05）。专业课考核成绩：试验组平均82.6±1.1分，对照组平均75.8±0.7分，两组数据存在统计学差异（p<0.001）。对临床教员带教的满意度方面，试验组平均92.0±0.8分，对照组平均89.7±0.9分，两组数据无统计学差异（p>0.05）。
　　3.讨论
　　学习神经解剖学教材是外科训练的重要第一步，但教科书图像只提供了真实的三维解剖的二维静态图片。尸体解剖则受限于尸体的来源和数量，无法保证每名学员的动手操作机会因此，三维解剖脑模型同传统教学方法相结合应用于临床带教，对于加深学员的解剖空间印象和提高临床教学效果具有很有的促进作用。
　　目前，3D打印已被越来越多的国内外团队应用于神经外科临床教学，Mashiko等人从3D打印模型中建立各种动脉瘤的中空弹性模型，并为学员提供机会，以了解动脉瘤的性状、确定夹闭方向、选择合适的动脉瘤夹，培训后的问卷调查结果表明，学员发现这一教学有助于他们的理解颅内动脉瘤的解剖结构和治疗方法。国内的杨治荣团队利用3D打印技术完成了侧脑室解剖的3D模型，同时进行教学实践应用，并取得效果良好。黄庆团队则利用3D打印技术制作三维立体脑血管疾病模型，在临床教学中起到了很好的作用。与传统的教学模式比较，3D打印教具模型能使学员更直观地理解颅内肿瘤病变及与周围颅骨骨质、神经、血管的毗邻关系和三维空间关系，同时可以激发学员的学习兴趣，结合传统的解剖图谱和影像学图像，提高学习效率，达到事半功倍的效果。
　　在这项研究中，我们探索了目前3D打印技术应用于神经外科神经肿瘤亚专业临床带教应用的潜力，并创建了个性化的颅内肿瘤模型，以加深学员对于解剖学知识的理解及术前规划。综合起来，我们的模型制作简单，易于复制，材料成本大约人民币500元，整个制作过程约需要24小时，其中12小时是完全自动化的。它依赖于包括3D打印、成型和铸造在内的三步制造过程。3D打印可以使用二维横断面图像通过计算机控制的分层沉积来创建三维物体。在医学领域，人们日益认识到它是一项强大的技术，从X射线、计算机断层扫描和磁共振成像中可以很容易地获得横断面图像，有了这些图像，病人专用的设备和解剖模型可以快速、方便、高效地打印出来。
　　但是，3D打印应用于神经外科临床仍有一些不足，许多微小组织如血管和神经、菲薄的组织如硬脑膜、和蛛网膜等无法通过打印实现，因此，3D打印无法脱离传统的教学模式独立存在，但随着计算机技术和材料学技术的发展，3D打印必将在神经外科临床教学中发挥更重要的作用。
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