3D打印技术在神经外科本科临床教学培养中的应用*

严峻，文静，陈海南，李希圣，黄乾荣，莫立根（.广西医科大学附属肿瘤医院神经外科，广西南宁5002；2.广西医科大学第一附属医院风湿免疫科，广西南宁5002；.广西医科大学第一附属医院神经外科，广西南宁5002）

3D打印技术源于20世纪90年代，是一种以数字模型数据为基础，采用可黏合材料，运用逐层打印的原理来制作模型的技术[1]。起初该技术在航空事业和土木工程领域崭露头角；现在该技术在组织工程学和医学领域中广泛应用，包括术前模拟、假体制造和生物打印等[2]。在本科临床教学实践中，神经外科是专业化相对较强的学科，以往多使用二维的影像学照片和解剖学图谱，而且大多数教学模型均为单一的正常结构模型，由于其不同于其他外科，各个脑功能区的手术不能像普通外科那样可以开腹探查，神经外科讲究开路入路的选择，其对空间结构和立体定位的要求较高，刚刚接触临床的本科生对影像学照片和解剖学图谱往往难以理解，不能建立三维立体结构化认识，甚至不能将影像学照片和解剖学图谱与病变部位相结合去认识疾病。因此，建立学生对三维立体空间结构的认识，使其学会阅读影像学照片，对理解解剖结构和层次十分重要。其次，神经外科是以脑部血管性疾病为主要诊治对象的学科，颅内血管的走行迂曲复杂，影像学上分为矢状位、冠状位和水平位，只有掌握了血管的三维结构才能直观地了解颅内血管在颅底、颅颈交界区等各个目标区域的解剖结构，通过进行测量和三维立体定位，明确病变脑血管在颅内的行程分布，初步拟定开颅手术入路和介入手术的导管塑形。所有这些问题均与颅脑空间结构和定位有关。

目前，神经外科本科临床教学还是依照旧的二维模式，缺乏直观性和可操作性。怎样找到一种更好的教学方式来缩短培养的时间，在更短的时间内培养出优秀的临床本科学生，是每位临床教师都需要认真思考的问题。在3D打印技术的引入后，本科学生表现出较为强烈的求知欲和参与精神。本研究将采用3D打印技术和教学理念相融合的3D打印模型教学（3D⁃PMT）与传统医学教学（TMT）进行比较，结合目前教学的现状，根据本科学生的条件和需求，制定合理的教学流程。

1 资料与方法

1.1 研究对象 在广西医科大学学习的本科临床专业的学生，包括临床见习和实习学生共60人，均在本科阶段学习过《外科学》。将学生随机分为3D⁃PMT组和TMT组，每组30人。

1.2 方法 各组长负责具体方案的实施和评分。2组授课教师对颅内病变血管的位置、大小、形态和载瘤动脉进行详细讲解。TMT组采用传统教学模式：以影像学照片及解剖学图谱为基础的教学模式。3D⁃PMT组采用3D⁃PMT，具体如下。

1.2.1 3D打印仿真模型的制备 仿真模型数据来自广西医科大学附属肿瘤医院神经外科3例患者的影像资料，分别是基底动脉梭形动脉瘤、大脑前动脉动脉瘤和颈内动脉狭窄，见表1。具体方法：（1）获取患者的数字减影血管造影（DSA）影像资料，保存为医学数字成像和通信（DICOM）格式；（2）采用MIMICS软件将数据处理后，导出标准模板库（STL）格式文件；（3）利用3D打印颅内血管畸形模型，2名教授评判模型是否符合颅内血管畸形实际情况。

表1 3例患者一般资料

1.2.2 观察指标 对2组学生实施理论考试和实习课考试，各占50％。采用自行设计的调查问卷进行调查，调查内容：对神经外科学的总体认识、各类疾病的掌握程度、课堂教学方式评价、教学改进意见等。调查问卷集中在课后10 min发放填写，当场回收。本次考核和调查共实施发放60份，回收率为100.0％。根据课堂考试成绩对2组学生掌握知识的情况予以评价：掌握为大于或等于80分，未掌握为小于80分。

1.3 统计学处理 采用SPSS17.0统计软件进行数据分析，计量资料以表示，采用t检验；计数资料以构成比或率表示，采用四格表法的χ2检验，所有检验均为双侧检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 2组学生一般情况 3D⁃PMT组学生中男12人（40.0％），女18人（60.0％）；神经外科学课程入学成绩68～97分。TMT学生中男 10人（33.3％），女 20人（66.7％）；神经外科学课程入学成绩62～91分。2组学生的学习能力基本相同。2组学生年龄、性别、家庭籍贯及入学成绩比较，差异均无统计学意义（P＞0.05）。见表2。

表2 2组学生一般资料比较

2.2 2组学生对神经外科课程喜爱重视程度比较 3D⁃PMT组学生对神经外科课程的喜爱程度、重视程度和愿意进一步加深了解的比例均高于TMT组，差异均有统计学意义（P＜0.05），见表 3。

表3 2组学生对神经外科课程喜爱重视程度比较[n（％）]

2.3 2组学生对神经外科学课程内容掌握情况比较 将总体和各小节部分分别评估。2组学生掌握“神经系统疾病的微创外科治疗”项目占比比较，差异无统计学意义（P＞0.05），其他各项掌握情况 3D⁃PMT 组均优于TMT 组，差异均有统计学意义（P＜0.05），见表 4。

表4 2组学生对神经外科课程内容掌握情况比较[n（％）]

2.4 2组学生学习效果比较 通过出勤率、兴趣度、参与度、理论知识考核、课堂满意度、临床思维培养、理论和实习紧密度、学科前沿动态掌握情况和医患和谐度方面对2组学生的学习效果进行评价，3D⁃PMT组以上各项均优于TMT组，差异均有统计学意义（P＜0.05），见表5。

表5 2组学生学习效果比较[n（％）]

3 讨 论

3.1 3D⁃PMT的优势 2种教学模式对神经外科本科临床教学效果的影响存在差异，分析上述原因，作者认为3D⁃PMT组的学生参与度更大，具有更多的领先优势：（1）3D打印概念的引入能更好地帮助医学生形成良好的临床思维；（2）将临床诊疗实践迅速提升到理论高度，极大提高了学生的工作热情和参与度；（3）对学科前沿理解更加深刻，提高业务水平。

3.2 国内3D⁃PMT的研究现状 本课题组经过3D模型讲解、要点传授及本科临床学生亲手在等比例模型上进行操作等培训后，学生能够初步建立三维结构的认识，能将解剖图谱和影像学照片与病变部位相结合去认识疾病。因此，将3D打印模型运用于本科临床教学是切实可行的教学方法。目前，国内较早将3D打印应用于教学的有张明等[3]，他们成功构建3D全颅底及颅颈交界区畸形模型，让初学者对颅底及颅颈交界区的手术有了深刻理解。相建等[4]将3D打印应用于单纯的颅内动脉瘤教学中，认为3D打印教学更有利于提高临床学生对颅内动脉瘤解剖的理解。李忠海等[5]将3D打印与骨科临床教学相结合，通过骨骼三维立体模型的建立，帮助学生短时间内理解并掌握骨科疾病。

近年来，神经外科脑血管疾病发病率呈现逐年上升的趋势，多种脑血管疾病如脑梗死，脑血管狭窄及脑动脉瘤均需要手术治疗。目前，神经外科本科临床教学还是采用解剖图谱讲解的二维模式，即使改进后使用虚拟现实技术也只是视觉上的体会和理解[6]。然而，3D打印模型让医学生直接在模型上实施关键手术步骤，亲身感受主刀的视野，这也是医学生在传统手术中无法获得的宝贵经验和财富所在。该技术不仅能让医学生理解病变的解剖定位，还能让医学生尽早掌握相关手术技巧[7]。

3.3 局限性 本研究中，虽然3D⁃PMT组对神经外科学总体内容掌握情况高于TMT组，但各项具体内容掌握率较低，显然还是存在缺陷的。而且纳入研究的样本量较少，有抽样偏倚的可能，有待于在以后的研究中进一步完善。

综上所述，现代医学日新月异，3D打印的概念体现了目前精准医学的理念，虽然这一概念并非新词，但其强调的是个体化医学和个性化治疗，代表了未来医学发展的方向。神经外科是现代医学中具有高科技的前沿学科，学科人才的培养对医学的发展有着重要的作用[8]。本教学研究表明，对神经外科实行3D⁃PMT后本科临床医学生能更好地掌握专业医学知识并应用于临床。