3D打印技术在颅底肿瘤教学中应用探索*

张元隆 梅文忠 福建医科大学附属第一医院，福建省福州市 350004

3D打印技术，也称“快速成型技术”，开始于20世纪80年代，以三维数据为基础，采用可黏合材料逐层打印出感兴趣模型[1]。该技术在航空航天、汽车制造等领域广泛使用，在临床医学领域也逐步开展。医学教学方面，3D打印主要应用于口腔科及骨科，在神经外科也逐步开展[2-5]。由于颅脑解剖结构比较复杂抽象，尸头标本基本上没有完整的颅脑肿瘤标本，医学生无法直视颅底肿瘤，只能从颅脑磁共振或CT等辅助检查认识颅底肿瘤二维结构，对该部分内容理解比较困难，这降低了学习的兴趣和积极性。如何让医学生更加积极地参与颅底肿瘤课程的学习，是神经外科临床教学值得关注的问题。因此笔者采取3D打印技术打印颅底肿瘤模型，用于临床教学，探讨教学效果。

1 对象和方法

1.1 研究对象 选取在我院神经外科实习的临床医学专业医学生60名作为研究对象，其中女生25名，男生35名。在入科时采用电脑随机数法分为3D 打印模型教学组(n=30)和传统教学组(n=30)。两组医学生性别、年龄、入学前录取成绩及实习前理论成绩比较无统计学差异(P>0.05)。

1.2 颅底肿瘤模型的制作 选取在我院神经外科治疗的典型颅底肿瘤(如蝶骨嵴脑膜瘤)患者，行颅脑CT血管成像，颅脑MRI平扫+增强显示颅内血管及肿瘤影像，将CTA和磁共振数据以DICOM格式导入Mimics 15.0软件，分别重建出颅骨、颅底肿瘤及周边血管，再将数据整合，生成 STL(STereolithography)文件。将该STL文件导入3D打印工作平台，使用 3D打印机，1∶1比例打印出颅底肿瘤模型。该模型可较好地显示颅底肿瘤，瘤周大血管及颅骨的立体结构，有利于临床教学。(在福建医科大学附属第一医院中心实验室完成数据处理及3D打印)

1.3 颅底肿瘤模型在临床实习教学中的应用及效果评价 3D打印模型教学组和传统教学组医学生均由同一老师带教。临床带教老师为神经外科主任医师、硕士生导师，有较丰富的临床工作和教学经验。针对3D打印模型教学组，利用患者的颅底肿瘤模型，对肿瘤的大小，位置、形态及周边解剖结构进行教学，提出诊断，病理生理及诊疗计划。传统教学组采用传统的多媒体教学法，如颅底解剖图谱，幻灯片及影像学资料，对肿瘤的相关临床特点进行教学，提出初步诊断及其依据，介绍病理生理和诊疗计划。

1.4 评价指标 在授课完毕后,对两组医学生采取客观考试和主观评价二者相结合方式来评估教学效果。客观考试以理论考试形式进行，理论考试内容包括颅底肿瘤分类，病理生理，临床表现，影像学特点及治疗原则。主观评价以问卷调查形式进行，问卷调查内容包括提高学习积极性及学习效率情况，对颅底肿瘤的掌握情况及手术过程的了解情况等方面。

2 结果

2.1 两组考试成绩比较 3D打印模型教学组理论知识考试为(90.07±3.38)分，高于传统教学组的(83.27±3.31)分，差异有统计学意义(P<0.05)。

2.2 两组主观评价比较 3D打印模型教学组医学生对颅底肿瘤的学习积极性，学习效率，对肿瘤的掌握情况及手术过程的了解情况均较传统教学组医学生有所提高，差异有统计学意义(P均<0.05)，见表1。

表1 调查问卷结果统计[n(%)]

3 讨论

颅底肿瘤是神经外科常见疾病，颅底解剖结构复杂，位置深，与周边重要血管、神经关系密切，具有重要功能。实习医学生对颅底解剖相对较为陌生，对颅底肿瘤缺乏立体的概念，对知识点的掌握较为困难，这给临床教学带来了一定的困难。现代医学教育模式逐渐强调个体化及以患者为中心，国内主流的教学模式还是停留在教师的口头陈述配合图像模拟[6]。由于临床教学中，尸头标本比较少，含有脑肿瘤的尸头标本更是几乎无法获取，因此教学中急需新的教学模具来提高实习医学生对颅底肿瘤的认识[7]。

3D打印被称为具有工业革命意义的制造技术[8]，可简化制作程序，打印出来的物体具有三维立体感，随着各种工艺材料的改进及医学技术的进步，该技术逐渐运用于医学领域。3D打印技术可良好展现解剖形态学，已在骨科、耳鼻喉科、泌尿外科等学科中有所运用[9-11]。3D打印出来的颅底肿瘤模型视觉冲击感比较强烈，具有较好的空间立体感，给人以直观印象，有利于开展临床教学。

本研究采用颅脑CTA和MRI数据，利用3D打印技术1∶1复制出颅底肿瘤及周边结构，使颅底肿瘤三维立体结构一目了然。实习医学生可以自由(360°)观看颅底肿瘤模型，对颅底肿瘤的周边血管及神经解剖结构更加熟悉，可互相传阅、观察和学习模型，再配合带教老师的适当扩展讲解，可以对颅底肿瘤分类、病理生理、临床表现、影像学特点及治疗原则有一个更加深刻的了解。本研究中3D打印模型教学组理论知识考试成绩为(90.07±3.38)分，高于传统教学组的(83.27±3.31)分，说明通过采取3D打印模型教学后，医学生对颅底肿瘤的知识掌握情况更加全面。

由于颅底肿瘤解剖位置很深，看不见、摸不着，实习医学生对于肿瘤的认识，只能停留在脑海里，在脑子里重建肿瘤立体结构，对一些立体感比较差的医学生，他们学习就比较困难，可能会望而却步，学习的热情和效率自然就比较低。本研究中，通过3D打印颅底肿瘤模型，能让实习医学生对肿瘤位置、大小及边界有了立体感觉，看得见，摸得着，身临其境，不用在脑海里苦苦重建颅底肿瘤三维结构，自然就提高了医学生学习的热情和效率。

传统的教学模式，医学生只能通过影像学检查，如CT，磁共振等检查资料，明确颅底肿瘤情况，比较抽象，难以理解，需要实习医学生将二维影像转化为三维影像。通过在3D打印的模型上讲解，结合患者临床表现，使实习医学生更清楚地了解颅底肿瘤的临床特点，对所学知识印象更加深刻，有利于知识的掌握。同时利用3D打印的模型，可以更通俗地对实习医学生讲解颅底肿瘤各种手术入路利弊及可能的手术风险，可以直接在模型上规划手术入路，讲解手术过程，使实习医师更容易理解每条手术入路的方法及适应证，提高了教学质量。

本问卷调查结果显示，3D打印组医学生学习积极性、学习效率、对肿瘤的掌握情况及手术过程的了解情况均比传统教学组高，差异有统计学意义。说明3D打印技术提高了实习医学生的学习积极性和学习效率，有助于加深实习医师对颅底肿瘤的理解和认识，有利于教学活动的开展。

当然3D打印技术也存在一些不足之处，例如对于部分细小血管可能无法清晰重建，对脑膜等脑组织结构也无法打印，有待日后打印技术提高及打印材料改进。但对于实习医学生来说，3D打印颅底肿瘤模型能初步展现颅底肿瘤及周边大血管关系，可以加深对颅底肿瘤的临床表现，病理特点及治疗方案的理解，已经可以达到教学目的[12]。

综上所述，3D打印技术加深了实习医师对颅底肿瘤教学内容的理解，提高了实习医学生的学习积极性和学习效率，是有效的教学工具，在临床教学中具有良好的使用前景，值得进一步普及和推广。