3D打印经鼻蝶神经内镜手术训练模型的构建和应用☆

江常震 丁陈禹 颜小荣 张元隆 林元相 康德智 林章雅○☆

随着神经内镜技术的发展，越来越多的神经外科医师关注并试图开展神经内镜手术。而在开展神经内镜手术的准备过程中，内镜下手术技巧训练是必要的环节，但目前对神经内镜手术训练模型构建和应用的报道还很少。本文回顾了福建医科大学附属第一医院神经外科为神经外科专科医师培训课程所准备的神经内镜下手术训练模型的构建方法和初步应用结果，旨在为经鼻蝶神经内镜手术训练模型的构建和应用提供新的思路。

1 对象与方法

1.1 3D打印经鼻蝶神经内镜手术训练模型的制作由迈普再生医学科技有限公司（广州，中国）参照正常人体的解剖学数据，使用PolyJet StudioTM3D打印软件（Stratasys上海有限公司，上海，中国）对3D打印经鼻蝶神经内镜手术训练模型进行建模（图1），构建的结构包括面部皮肤、骨质、颈内动脉、鼻甲、视交叉和用于固定训练用鸡蛋的固定环。不同结构可根据需求选择不同材质进行3D打印。将建模结果保存为STL格式文件，导入Stratasys J750 3D打印机（Stratasys上海有限公司）进行模型制作。制作出的3D打印经鼻蝶神经内镜手术训练模型如图2所示。随后由2位具有3年以上神经内镜下手术经验的高年资医师借助3D打印经鼻蝶神经内镜手术训练模型进行内镜下操作尝试，并进行评价。

图1 3D打印经鼻蝶神经内镜手术训练模型的构建。使用PolyJet StudioTM 3D打印软件进行模型的构建：图示模型的正面观（A）、上面观（B）、后面观（C）和侧面观（D）。 其中浅灰色部分代表面部皮肤、深灰色部分代表骨质、红色部分代表颈内动脉、紫色部分代表鼻甲、黄色部分代表视交叉、蓝色部分代表固定环，用于固定鸡蛋

图2 3D打印经鼻蝶神经内镜手术训练模型。A-C：3D打印经鼻蝶神经内镜手术训练模型的正视图(A)、后视图(B)与俯视图(C)。D-F：将鸡蛋固定于3D打印经鼻蝶神经内镜手术训练模型后的仰视图(D)、后视图(E)和俯视图(F)

1.2 培训对象为准备开展神经外科专科医师培训的神经内镜手术训练，我科神经内镜组借助3D打印经鼻蝶神经内镜手术训练模型，先期对8名从事神经外科工作10年以上、没有神经内镜操作经验、已完成理论学习且观摩过神经内镜下经鼻蝶垂体腺瘤切除术手术示教的，来自基层医院的进修医生和我科年轻医生，进行了操作培训。

1.3 训练器械使用STORZ内镜系统、HOPKINS II 0°直视式内镜和神外动力主机。神经内镜下操作器械包括：高速金刚钻、剪刀、神经剥离子、圆刀、黏膜咬切钳、咬骨钳、抓钳、环形刮匙和吸引器。

1.4 模型训练将鸡蛋固定在3D打印经鼻蝶神经内镜手术训练模型上，随后学员使用相应器械按顺序进行以下操作：①使用磨钻磨除鸡蛋壳超过2 cm×2 cm，要求尽量保持壳膜不破损；②用神经剥离子松动鸡蛋壳与壳膜，剔除细小残留的鸡蛋壳；③使用黏膜咬切钳、咬骨钳和抓钳扩大鸡蛋壳破损范围；④圆刀切开壳膜；⑤使用吸引器依次吸出蛋清、蛋黄（图3）。操作完毕后，学员更换鸡蛋，总共重复以上训练过程3次。

1.5 统计分析统计分析采用SPSS 19.0进行。对比学员首次操作和末次操作的差异时，计量资料的对比选择配对t检验，计数资料的对比选择Fisher确切概率法，检验水准α=0.05。

2 结果

2.1 3D打印经鼻蝶神经内镜手术训练模型评价由2位具有3年以上神经内镜下手术经验的高年资医师借助3D打印经鼻蝶神经内镜手术训练模型进行内镜下操作尝试。结果一致认为：3D打印经鼻蝶神经内镜手术训练模型具有前鼻孔、鼻甲和鼻中隔，可利用的操作空间与实际的神经内镜下经鼻蝶手术相似，可以在狭小空间内模拟神经内镜操作以及多种器械配合使用的过程。固定在模型上的鸡蛋，蛋壳类似鞍底，壳膜类似鞍底硬膜，鸡蛋清与鞍区囊肿的囊液相似，是良好的训练对象。且鸡蛋成本低，一次操作过程结束后，可更换鸡蛋重复训练。

图3 借助3D打印经鼻蝶神经内镜手术训练模型进行镜下训练。

2.2 训练效果通过上述模型和操作训练步骤，重点培训了学员的神经内镜下的器械操作能力。培训结束后，学员均表示能从培训中获益；在末次重复练习时，学员的磨除蛋壳效率（t=-8.273，P＜0.001）以及壳膜破裂概率（P=0.007）均较初次练习时有明显提高，见表1。

表1 培训学员首次和末次模拟操作的对比

3 讨论

随着神经内镜技术的迅速发展，神经内镜手术已逐渐涵盖了神经内科的各个领域，具有很高的安全性和有效性[1-3]。越来越多的神经外科医师关注并试图开展神经内镜手术。而在开展神经内镜手术的准备过程中，内镜下手术技巧训练是必不可少的环节。

当前国内外开展的神经内镜训练多直接在尸颅标本上进行操作[4-5]，尸颅标本的组织结构与活体高度类似，但让缺乏神经内镜操作基础的学员直接进行操作，一方面当前尸体标本来源稀缺，并非所有学员都能得到充分的训练机会[6]；另一方面，没有操作基础的学员可能还更关注于如何在神经内镜下使用各种器械，忽略了对标本组织结构的辨认，待到对神经内镜下器械操作有所熟悉之后，尸体标本的组织结构往往也已被破坏得辨识不清，没能充分利用稀缺的尸体标本。另外，正常的尸颅标本不具有垂体瘤等病理状态，无法针对“手术病灶”进行详细的手术要领讲解，也可能对手术教学的效果产生一定影响[7]。

3D打印模型为解决上述教学问题提供了额外的思路。当前3D打印模型的使用已贯穿了整个临床过程，包括医患沟通、术前宣教、辅助诊断、术前规划和手术训练[8-12]。而神经内镜下经鼻蝶手术的手术训练，作为我科在神经外科专科医师培训过程中所设置的课程，是神经外科教学的难点。此时3D打印模型在该手术教学中具有应用优势，可以通过3D打印技术制作与人体组织器官呈1∶1大小的手术训练模型。

本研究所采用的3D打印经鼻蝶神经内镜手术训练模型具有前鼻孔、鼻甲和鼻中隔，可利用的操作空间与实际的神经内镜下经鼻蝶手术相似，学员可以在狭小空间内模拟神经内镜操作以及多种器械配合使用的过程。为了让学员能够在该模型上模拟神经内镜下操作以及多种器械配合使用的过程，该3D打印经鼻蝶神经内镜手术训练模型在鞍区预留了一个位置，可以容纳并固定鸡蛋。利用鸡蛋菲薄的蛋壳和内部的壳膜、蛋清蛋黄作为训练对象，在手术训练过程中，学员可以使用相应器械进行磨除鸡蛋壳、剥离和钳取鸡蛋壳与壳膜、切开壳膜、吸出蛋清和蛋黄等操作，重点练习了神经内镜下手术器械的使用方法和内镜下手术技巧。训练步骤按照神经内镜下打开鞍底切除垂体腺瘤的过程来制定，突出了训练的真实性和实用性，在实际应用中取得了满意的效果。本研究中，学员在末次操作时 “磨除鸡蛋壳时发生壳膜破裂的概率”以及“从置入内镜至磨除蛋壳结束的单位时间内蛋壳磨除面积”均较首次操作时有了明显改善。

虽然本研究中采用的3D打印经鼻蝶神经内镜手术训练模型在真实性方面与尸体标本还存在很大的距离，但在尸体标本操作之前，借助3D打印经鼻蝶神经内镜手术训练模型进行初步训练，有助于提高基本操作能力和手术技巧。也能够让学员在后续的尸颅标本操作中，已具备基本的内镜下操作技巧，进而更好地专注于手术入路和解剖结构的学习，从而提升整体教学效果。

[1]HOSHIDE R,TEO C.Neuroendoscopy to Achieve Superior Glioma Resection Outcomes [J].Neurosurgery,2017,64(CN_suppl_1):139-143.

[2]张晓彪.全面推进神经内镜技术在神经外科中的运用[J].中华神经外科杂志,2017,33(10)：975-978.

[3]杨彦龙,常涛,高立,等.神经内镜辅助与枕下开颅血肿清除术治疗高血压小脑出血疗效比较 [J].中国神经精神疾病杂志,2017,43(8):453-457.

[4]严正村,王清,张恒柱,等.神经内镜经蝶窦入路的解剖标志研究及其临床应用 [J].中华解剖与临床杂志,2011,16(5):392-395.

[5]D’AVELLA E,ANGILERIF,DE NOTARISM,et al.Extended endoscopic endonasal transclival approach to the ventrolateral brainstem and related cisternal spaces:anatomical study[J].Neurosurgical review,2014,37(2):253-260.

[6]HASAN T.Is dissection humane?[J].JMed Ethics Hist Med,2011,4:4.

[7]黄国秀,谭海涛.3D打印模型在椎间孔镜手术教学中的应用进展[J].中国医学教育技术,2017,31(4):460-464.

[8]THAWANI JP,SINGH N,PISAPIA JM,et al.Three-Dimensional Printed Modeling of Diffuse Low-Grade Gliomas and Associated White Matter Tract Anatomy[J].Neurosurgery,2017,80(4):635-645.

[9]BIZZOTTO N,SANDRIA,REGISD,et al.Three-dimensional printing of bone fractures:a new tangible realistic way for preoperative planning and education[J].Surg Innov,2015,22(5):548-551.

[10]NARAYANAN V,NARAYANAN P,RAJAGOPALAN R,et al.Endoscopic skull base training using 3D printed models with pre-existing pathology[J].Eur Arch Otorhinolaryngol,2015,272(3):753-757.

[11]KNOEDLER M,FEIBUSA H,LANGE A,et al.Individualized physical 3-dimensional kidney tumor models constructed from 3-dimensional printers result in improved trainee anatomic understanding[J].Urology,2015,85(6):1257-1262.

[12]FU F,QIN Z,XU C,et al.Magnetic resonance imaging-threedimensional printing technology fabricates customized scaffolds for brain tissue engineering[J].Neural Regen Res,2017,12(4):614-622.