快速成型技术辅助医学影像技术在教学医院神经外科研究生教学中的实践探索

王昊，叶迅，赵元立

3D打印技术即“快速成型技术”，也称为“增材制造技术”，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可黏合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术[1]。目前，在神经外科领域，除“睿膜”应用于临床外，主要用于临床前期的模型制作和手术模拟。医学影像技术辅助教学，是指将患者影像学资料利用影像归档和通讯（picture archiving and communication systems，PACS）系统进行再现，使学生对生理、病理的空间结构有较深刻的认识[2]。

神经外科属于三级学科，低年研究生几乎没有神经外科经验，故急需一种培训方案使他们能早期适应临床工作。本研究使用3D打印辅助传统医学影像技术教学，探索对医学生进行临床前实践新的培训方法，报告如下。

1 对象与方法

1.1 研究对象 首都医科大学附属北京天坛医院神经外科一年级硕士研究生10名，均为本科应届毕业生，无神经外科临床经验。

1.2 材料与方法 图像产生设备：西门子Verio 3.0T磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）机，西门子Trio Tim 3.0T MRI机，GE Discovery计算机断层扫描（computed tomography，CT），750飞利浦FD20数字减影血管造影（digital subtraction angiography，DSA）机。

图像观察设备：东软Neurosoft PACS/RIS Version 3.1。

3D打印设备：Cube 3 systems 3D打印机；Objece 350 Connex 3 3D打印机。

神经外科病例：颅骨缺损（外伤后左额颞颅骨缺损）1例、大脑中动脉瘤（右侧）1例。

辅助教材：《神经外科学》（第3版）赵继宗、周定标主编；《RHOTON颅脑解剖与手术入路》刘庆良主译。

教师授课方式：①带领学生复习《神经外科学》第十二章（颅脑损伤）、第三十章（蛛网膜下腔出血和动脉瘤）内容；协助学生学习《RHOTON颅脑解剖与手术入路》第二部分第二章（幕上动脉）、第三章（动脉瘤）。②结合病例，对学生进行基础知识（重点是解剖）的提问。③使用3D打印技术，打印出头颅颅骨模型（含颅骨缺损骨窗）、动脉瘤模型。④结合3D打印模型，再次向学生讲解手术解剖及术中注意事项。⑤总结学生对3D打印技术辅助医学影像技术的评价。

2 结果

学生在学习理论知识及病变影像后，对疾病的空间结构有了初步的认识。颅骨缺损病例中，初步了解颅骨缺损骨瓣的大小、位置、与眼眶及颧弓的解剖关系等；动脉瘤病例中，对动脉瘤的形态、与载瘤动脉的关系有了明确的认识，但尚不能很好地判断动脉瘤与颅骨及脑组织的关系等。

3D打印模型成功，但耗时较长，颅骨缺损模型（图1）由我院3D打印中心打印，耗时约24 h；动脉瘤模型（图2）由清华大学生物制造中心打印，耗时约18 h。

图1 3D打印颅骨缺损病例模型

图2 3D打印动脉瘤病例模型

使用3D打印模型进行二次教学，在学习颅骨缺损病例过程中，学生能直观地了解该病例颅骨的大小、骨窗缺损的程度，并尝试使用相关材料进行颅骨修补；在学习动脉瘤病例过程中，学生能很好地判断动脉瘤与颅骨、脑组织的关系，并在教师的指导下，从翼点入路的视角观察动脉瘤的形态。

由于3D打印的高仿真性，学生在观察动脉瘤病例模型后，对颅底骨质的解剖，如“星点”的位置、颅底各个孔洞的结构关系等有了更深刻的认识，并指出传统颅骨教具存在的错误。这个收获是超出最初研究设计预期的。

除相关疾病知识外，学生表现出了对3D打印技术的浓厚兴趣，并提问了3D打印颅骨修补和传统的颅骨修补的区别，以及如何改进技术使3D打印的动脉瘤与实际病变在质地上相近等问题。

使用满意度量表评估，90%以上的学生认可这种新型教学方式，50%的学生认为如果提升3D打印速度，将更有利于教学的开展。

3 讨论

神经外科低年级研究生参加神经外科手术机会较少，对神经外科的认识仅限于理论层面。因此，应尽快让学生了解疾病、熟悉解剖、熟练手术配合，而熟悉解剖这一环节则是本研究的重点。理想的神经外科教学的教学应该是在教授学生一定的理论知识作为基础后，进行直观的临床前实践，再进行真实的临床实践，更进一步加深认识[3-4]。

临床上广泛使用的医学影像技术，指导了临床医生对疾病的认识、判断，对外科医生来说，精准的定位，充分的术前计划已不能离开该技术的辅助。在教学医院，由于医学教学与临床密不可分，这种技术，就自然而然的引入教学中来，它能使学生将书本上的平面知识转化为立体知识，进一步认识病变的空间结构和比邻，引导学生的学习由书本向实践转化。但传统的医学影像技术是一种仅能使学生实现对疾病的“看得见”，而对于临床经验不丰富的研究生来说，如果能实现“摸得着”，则能有更好的教学意义。

3D打印技术将影像扫描获得的数据进一步还原，并实体打印出来，其个性化特点突出：①使用3D打印技术将骨性结构还原后，学生可以直接观察、触摸、测量，有助于理解。而且3D打印模型的仿真程度明显优于传统石膏教具。②有利于周围解剖关系复杂的颅内病变的教学。利用影像学技术，可以将复杂的颅内病变准确显示，对临床和教学都非常有用。不过，即使使用先进的重建技术，在计算机上观察病变与周围结构的关系，受旋转角度、光线、经验等影响较大。3D打印病变后，其观察角度不受限制，并可以探讨各种入路对病变的暴露程度，直观感受有很大提升。

在教学实践中，我们也发现了3D打印的不足：①打印时间长，这在一定程度上限制了其在教学方面的使用。②3D打印在形态上可以很好地还原病变的空间结构，但由于国内材料的限制，不能完全还原病变的质感。以动脉瘤打印为例，真实的动脉瘤是柔软、弹性、中空的，国外已有解决办法[5]，国内的技术尚有待提高。

3D打印的病变虽然能做到高仿真、高模拟，但与临床仍有差距，学生在掌握理论知识、熟悉解剖知识后，必须要通过临床实践锻炼，而带教老师更不能因为开展3D打印的教学而忽视实践教学，要尽可能地指导学生加强手术操作。

1 李青，王青. 3D 打印：一种新兴的学习技术[J]. 远程教育杂志，2013，4：29-35.

2 高丽，李萍，袁贵生，等. 医学影像学数字化教学的初步研究[J]. 中国医院管理杂志，2010，30：51.

3 焦丽珍. 神奇的“经验之塔”—《视听教学法之理论》[J]. 现代教育技术，2012，22：126.

4 张燕翔，朱赟，董东，等. 从“经验之塔”理论看增强现实教学媒体优势研究[J]. 现代教育技术，2012，22：22-25.

5 Mashiko T，Otani，Kawano R，et al. Development of three-dimensional hollow elastic model for cerebral aneurysm clipping simulation enabling rapid and low cost prototyping[J]. World Neurosurgery，2015，83：351-361.