3D打印肾脏模型和CT影像在住院医师教学过程中的对比应用

田晓军，邱 敏，颜 野，刘 茁，马潞林

(北京大学第三医院，北京 100191)

3D打印(Three Dimensional Printing)技术是基于三维数字模型，形成一个三维物体，目前主要用于骨科、口腔科、妇科等[1-3]，但该技术在泌尿外科中的应用还未广泛开展。在教学方面，3D打印技术从设计到实施的过程可以满足教学需求，使学生或低年资医师对解剖结构、手术设计、疾病特征等有了更加清晰、直观、形象的认识，从而达到更具实效性、实用性的教学目的[4]。本研究选取1例肾错构瘤患者，并制作相应的3D患侧肾脏模型，对3D打印技术在泌尿外科教学中的应用进行初步研究。

一、资料与方法

1．一般资料。 本组1例左肾错构瘤，行后腹腔镜左肾部分切除术。纳入2015年于北京大学第三医院参与大外科一阶段规范化培训的住院医师共106名。其中包含第一年住院医师32名，第二年住院医师34名以及第三年住院医师40名。

2．方法与设计。 术前泌尿系CT平扫+增强检查，影像后处理：提取患者CT检查的D1COM格式文件，使用mimics 17.0数据处理软件进行后处理。人工去除肾脏周围脂肪组织，保留并重建肾动脉、肾静脉、集合系统和输尿管，区分正常肾脏和占位组织，并对肾脏模型进行纵切、横切等不同断面重建，以显示肿瘤部位及其与周围结构的关系。然后打印3D模型。住院医师阅片测试：将住院医师随机分为A，B两组，A组住院医师仅通过院内影像归档信息系统(Picture Archiving and Communication Systems,PACS)查看增强CT，B组住院医师可同时查阅CT影像和3D打印模型；阅片结束后，两组住院医统一回答针对该患者局部解剖情况设计的试题。最后让A组住院医查看3D打印模型，并接受3D打印技术的自拟问卷满意度调查。统计分析：应用SPSS 19.0软件进行统计学分析。对A/B两组住院医的答题正确率等分类变量进行卡方检验，比较A/B两组间差异。

二、结 果

根据既定参数及设定，制备出2只聚乳酸肾脏剖面模型，以及1只四色光敏树脂模型，其中动脉和肿物为红色，静脉为蓝色，皮质为透明，肾盂输尿管为紫色，通过皮质可以观察肾脏内部结构。所有模型均为等比打印。

针对该例患者血管解剖及肿物特点，设计了包含4道选择题的问卷，A、B两组共计106名住院医师分别按程序独立完成了问卷(见表1)。总体上看A组住院医师正确率低于B组，且存在统计学差异(P=0.008，精确样本卡方检验)。但如果以具体问题为细分，可以发现A、B两组的差异主要源于问题一(P<0.05)和问题二(P<0.05)，即设计肾动脉分支数目及静脉和肾盂相对位置关系的判断。而对于涉及肿物相对于肾脏整体的位置关系时，两组间并未表现出明显差异(问题三，P=0.105；问题四，P=0.088)。上述结果表明3D打印模型，对肾门部位的精细解剖关系阐述更为清晰明确。

表1 北京大学第三医院外科住院医师3D打印与CT阅片对比学习问卷测试结果

A组完成第一轮答题之后，得以接触到3D打印肾脏模型，比对PACS系统进行阅片。完成二次阅片和实物比对后，56名住院医师独立填写了3D打印满意度问卷(见表2)。

表2 A组住院医师对3D打印模型的满意度评分(0-10分)分)

三、讨 论

3D打印技术本质上是一种增材制造技术，是通过计算机先把二位影像学数据转化为三维通用数据，再将三维通用数据转换为喷头路径数据的制造过程。医学3D打印技术在近几年开始迅猛发展[5-6]。医学3D打印具有精确化、个性化、具体化等特点，已经广泛应用于骨科、成形科和泌尿科[7]等相关领域。

本研究重点将3D打印技术应用于泌尿外科教学研究。通过选择典型病例，来探究住院医师通过3D打印技术对于不同类型解剖结构的阐述能力。从结果上看，接触3D打印模型组的住院医师答题正确率明显高于仅接触CT片的住院医，这在总体上是存在统计学差异的。临床医师通过判读CT片就大致能够掌握确切信息，而对于诸如血管等精细结构的重建，则不能通过CT断层片获取足够精确的信息。而此种情况下，接近实体的3D打印模型，就能发挥出明显的优势。

3D打印技术，其实对于临床大夫来说并不陌生。例如我院采用的GE影像学整体解决方案，在提供CT断层片的同时，也会对主要动脉、肾盂进行简单的三维重建[8]。其实这种重建，本身就是3D打印技术的核心步骤，本研究中使用的3D重建技术，从数据源来说，与医院PACS系统同源，但本例肾脏模型经过资深临床医师进行数字建模，能够清晰、明确的显示肾动脉、肾段一级和二级分支动脉，能够完整保留集合系统，完整展示肾脏实质和肿瘤基底的内在位置关系，且经过光敏树脂打印的模型基本上100%还原了数字模型的特征，因此从临床效用来说，比传统3D重建向前跨越了一大步[9-10]。

通过本文研究，可以发现人脑对于CT断层影像的三维重建能力是有限的，这种能力的上限随着临床经验的增加而拓展，但对于精细结构的判断，往往存在不足。基于临床个体化影像信息的3D打印等比模型，能够直观、实时、多维度真是还原真实解剖结构，作为提高住院医师临床阅片能力的培训手段，拥有巨大前景。