3D打印颅脑实体模型在神经外科带教中的应用

邢海龙 王珊珊 王波

神经外科是探究人体脑组织、脊髓生理特点及运动规律，并对神经系统所引发疾病进行诊断、治疗及预防的高专业性学科[1]。神经外科疾病患者在临床中具有病因复杂，诊断困难，病情危重等显著特点，对于医务人员人体解剖学、病理解剖学、病理生理学知识掌握度及外科手术能力均提出极高要求[2]。实习带教是帮助医学实习生尽快适应校园到医院的职业转变，提高医学实习生临床技能，加深医学实习生对于所学专业内容理解效果的重要环节[3]。但受神经外科疾病的特殊性所影响，现阶段医学实习生普遍难以在实习阶段得到足够的临床实践机会，对于医学实习生综合能力培养及职业转变均造成了较大阻碍[4]。3D 打印技术以分层实体制造、立体平板印刷、数字光处理等多项高精尖技术为依托，截止至2019 年，医学界已成功3D 打印出实验鼠甲状腺、脊髓支架、颅骨修补材料等多项模型及标本，有力推动了外科手术及教学的进步与发展[5]。本研究基于此，纳入时间范围在2019 年1—10 月期间的44 例医学实习生作为研究对象，总结并分析3D 打印颅脑实体模型在神经外科带教中的应用效果，现阐述如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

纳入研究具体时间范围是2019 年1—10 月，共收录在本院实习的医学实习生基本资料44 例，实习前统一进行综合考察（理论、实践各50 分），并依据区组随机化分组法平均分为试验组（n=22 例）、参比组（n=22例）。试验组医学实习生男性所占比例为12/22、女性所占比例为10/22；平均（23.13±1.24）岁；综合考察成绩（63.84±4.92）分。参比组医学实习生男性所占比例为13/22、女性所占比例为9/22；平均（23.08±1.19）岁；综合考察成绩（63.84±4.92）分。纳入标准：（1）均为本科以上学历；（2）知晓研究内容并签订相关协议；（3）医院伦理委员会审批通过。排除标准：（1）综合考察成绩极端者；（2）依从性差或拒绝参与研究者；（3）未能完成全部实习内容者；（4）中途请假或退出者。组间资料比较对研究无影响，差异无统计学意义（P＞0.05）。

1.2 方法

1.2.1 常规带教方案

（1）以神经外科实习大纲要求为主要依据制定实习带教方案，入院后带领医学实习生参观神经外科诊室、影像科室及手术室，帮助医学实习生尽快熟悉医院环境并进入学习状态。（2）结合教材、CT 平扫及MRI 影像学资料、多媒体等讲解颅脑解剖结构，生理特点，作用机制，影响范围等内容，提高医学实习生对于颅脑的了解。（3）带领医学实习生查房，通过言传身教的方式引导学生学习医患沟通技巧以及常见颅脑疾病诊断、观察要点。（4）在隐藏患者个人资料，充分保护患者隐私的前提下，选取疑难病例组织医学实习生进行分析与讨论，指导学生明确诊断并设计手术方案。

1.2.2 3D 打印颅脑实体模型辅助教学方案

（1）3D 打印颅脑实体模型制作。在常规带教方案基础上引入3D 打印颅脑实体模型辅助教学，分别选取有代表意义的颅内动脉瘤、颅底肿瘤及脑出血患者临床资料，获取MRI 和CT 扫描图像及数据，将细微灰阶的图像进行预处理，以增进对于灰色像素的分辨率及还原程度。使用抖动位图数字文件格式进行打印，尽可能制作出1 ∶1 完美还原的3D 打印颅脑实体模型。（2）颅脑解剖结构讲解。除常规借助教材，多媒体，CT 平扫及MRI 影像学资料、人体标本参观等带教手段，引入3D打印颅脑实体模型辅助讲解颅脑解剖结构。通过模型将患者颅脑内病变情况进行真实还原及展示，帮助医学实习生从立体角度直观理解病灶位置，分布范围，周边组织结构关系，侵犯区域及演变趋势等内容，并鼓励学生结合所学知识对3D 打印颅脑实体模型代表疾病进行诊断和分析，组织学生拟定手术方案并推测患者预后。（3）颅脑手术教学。在临床查房、手术参观、病例巡视基础上，由带教教师通过3D 打印颅脑实体模型进行手术展示，既能够保留多媒体教学随时暂停进行重点讲解的优点，同时也具有手术参观时的真实性及还原性，增加医学实习生的颅脑手术经验。同时，教师还可组织医学实习生对3D 打印颅脑实体模型进行实践操作，亲手感受各组织间结构变化及比邻关系，提高医学实习生对于神经组织的保护意识及重视程度，强化学生对于颅脑手术的理解与认知。

1.3 观察指标

（1）神经外科实习效果。经医院管理层，神经内科主任及带教教师共同拟定实习考核内容，从颅脑解剖理解能力、颅脑损伤鉴别能力、影像资料分析能力以及颅脑手术设计能力4 项对医学实习生神经外科实习效果进行综合评测，每项分为理论（45 分）及实践（55 分）2 部分，考核最高得分为100 分，95 分以上为优秀；90分以上为良好；85 分以上为中等；85 分以下为差。带教合格例数=优秀+良好。（2）神经外科带教效果。从专注度、兴趣度、参与度以及满意度对医院神经外科带教效果进行评价，单项满分为10 分，9 分及以上为优；8 至9 分包含8 分为良；7 至8 分包含7 分为中；7 分以下为差。

1.4 统计学分析

采用SPSS 21.0 统计学软件对数据进行分析。计数资料用（n，%）表示，采用χ2检验或者使用Fisher 精确概率法；计量资料用（）表示，采用t检验，P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 不同组别医学实习生神经外科实习效果对比

试验组医学实习生颅脑解剖理解能力、颅脑损伤鉴别能力、影像资料分析能力以及颅脑手术设计能力评分相较参比组均显著提高，差异有统计学意义（P＜0.05），见表1。

表1 不同组别医学实习生神经外科实习效果评分对比（分，）

表1 不同组别医学实习生神经外科实习效果评分对比（分，）

2.2 不同组别医学实习生神经外科带教效果对比

试验组医学实习生专注度、兴趣度、参与度以及满意度评分相较参比组均明显上升，差异有统计学意义（P＜0.05），见表2。

表2 不同组别医学实习生神经外科带教效果评分对比（分，）

表2 不同组别医学实习生神经外科带教效果评分对比（分，）

2.3 不同组别医学实习生神经外科带教考核合格率对比

试验组优秀20 例（90.91%）、良好1 例（4.55%）、中等1 例（4.55%），神经外科带教考核合格率95.45%（21/22），相较参比组优秀12 例（54.55%）、良好6例（27.27%）、中等3 例（13.64%）、较差1 例（4.55%），总神经外科带教考核合格率81.82%（18/22）明显升高。

3 讨论

受颅脑结构复杂、生理职能特殊以及相关疾病进展迅速等因素的影响，对神经外科医务人员技术水平及操作能力均提出了极高要求。所以，不断提高临床医师对于颅脑空间结构的了解程度，持续增进临床医师对颅脑病变情况的判断力，是保障神经外科诊疗质量的重中之重。神经外科中手术治疗占据了较大比例，从手术入路选择，手术通道确定，骨质磨出，到正常脑血管结构保护以及脑组织牵拉损伤预防，均需要丰富的颅脑解剖学知识储备及多学科协作经验才能够完成，但由于教学条件及解剖教学模型受限，医学实习生往往无法得到充足的实习锻炼机会，对于神经外科手术的认识程度仅停留在理论层次，对于带教实习效果及学生综合能力培养均会造成较大阻碍[6]。现阶段传统的解剖教学模型主要依赖于尸体标本捐献，但捐献人数较为有限，且尸体标本制作、储藏成本均较高，难以充分满足教学需求[7]。并且，多数人体标本均需长期浸泡保存于福尔马林溶液之中，随着时间推移，溶液浑浊，标本老化现象较为普遍，无法真实还原颅脑细微结构，参考价值较为有限[8]。另外，颅脑标本无法动态展示其孔、裂、管等内部结构，对于颅内动脉瘤、颅底肿瘤及脑出血等血管及神经变化的教学指导效果较为有限，也在一定程度上限制了神经外科带教效果[9]。

随着3D 打印技术的不断成熟，以及影像学的持续发展，为3D 打印颅脑实体模型提供了理论基础及技术条件[10]。本次研究结果显示：应用3D 打印颅脑实体模型辅助教学试验组医学实习生，颅脑解剖理解能力、颅脑损伤鉴别能力、影像资料分析能力以及颅脑手术设计能力评分相较参比组均显著提升；专注度、兴趣度、参与度以及满意度评分相较参比组均显著提高；且试验组医学实习生神经外科带教考核合格率相较参比组明显上升。由此可见，通过引入3D 打印颅脑实体模型辅助教学，能够有效结合CT 平扫及MRI 扫描技术对病患大脑及其中血管、肿瘤、神经变化情况进行真实还原[11]，从而有效帮助带教教师向学生进行教学演示，既能够丰富神经外科课堂教学内容及教学项目，整体提高神经外科带教效果，同时也能够极大程度激发学生的参与度及学习积极性，是符合素质教育理念中激发学生创新及实践能力的优秀教学方法，使神经外科带教效果得到了显著提升[12]。同时，结合CT 平扫及MRI 影像资料后所制成的3D 打印颅脑实体模型，能够使医学实习生直观感受到颅脑疾病中病灶分布范围，周边组织结构关系，侵犯区域及演变趋势等内容[13]，可有效加强学生对于颅脑神经空间结构的了解程度以及对颅脑病变情况的判断力，对于提升学生颅脑解剖理解能力、颅脑损伤鉴别能力、影像资料分析能力具有不可忽视的重要价值[14]。并且，结合3D 打印颅脑实体模型可组织医学实习生进行病例分析及手术设计，极大程度丰富学生的实践机会及手术经验，有助于显著增强学生颅脑手术设计能力。在神经外科带教中应用3D 打印颅脑实体模型辅助教学，有效缓解了传统神经外科带教过程中缺乏实践机会，教学标本严重不足，学生学习积极性受挫等问题，是符合医院伦理学要求，拓宽医学生实习及实践渠道的重要教学方法，对于提升神经外科手术成功率，促进神经外科长期稳定发展均具有不可忽视的重要价值[15]。但3D 打印颅脑实体模型同样存在制作过程复杂，制作费用偏高等问题。不过，相较尸体标本，3D 打印颅脑实体模型的制作、保存、维修及保养成本均明显降低，且3D 打印颅脑实体模型具有可重复使用，保存及应用简便，适用范围广等显著优势，如能在临床中进行大范围推广，对于促进医学实习生及临床医师的培养与成长将具有重要意义。

综上所述，3D 打印颅脑实体模型在神经外科带教中具有激发学生学习兴趣，丰富课堂教学内容，活跃课堂氛围，训练学生临床思维，整体提升神经外科带教质量的良好作用，值得进一步探索及推广。