AR技术配合3D打印模型在介入手术教学培训中的应用

高志康，崔艳峰，徐浩，沙俊成

（徐州医科大学附属医院 介入科，江苏 徐州 221000）

0 引言

在进行神经介入手术教学培训过程当中，需要对学生详细讲解人体内部神经系统的专业知识。同时需要学生对大脑内部的组织结构详细了解。在AR技术的支持下，将3D打印技术不断应用到神经介入手术的教学培训当中，以3D打印模型作为神经介入手术教学的教具，在AR 技术支持下，3D打印模型应用于教学培训过程当中发挥的作用。利用数字成像技术，以3D打印技术将人体大脑完美复制，能够让学生更直观、更细致的了解人体大脑内部的各个细节，让学生了解在实际的手术过程当中所能够遇到的各种病情，提高学生对病情分析的能力，强化神经介入手术教学的整体效果[1]。就目前现状而言，平面化的解剖图谱、CT断层图像与磁共振图像更广泛的应用在教学培训当中，但是这些方式对大脑整体结构展示的过于片面，不利于学生对大脑结构更加详实的了解。同时受客观因素影响，以实践解剖为主的课程也并不频繁。对此，AR技术支持下的3D打印模型在神经介入手术的整体教学培训过程当中的地位越来越重要。

1 3D打印模型在介入手术教学培训中的意义

在进行相关的神经介入手术教学培训过程中，需要不断探索、更新教学培训手段，提高教学的整体质量。神经介入手术，在传统的教学方式上通常是解剖知识的讲解、三维空间的想象能力，以及相关手术经验的传授，再配上临床实践，观测患者的相关数据。这种方式在进行教学实践过程中，对于学生的整体能力的提升效果缓慢，需要长期的时间积累，才能够提高神经介入手术的经验与能力。而AP技术下的3D打印模型技术进入到神经介入手术的教学培训当中来，不断依托高新技术，打破传统的教学模式，将实际的病例以3D模型的方式，在教学培训过程中展现出来，降低了学生在进行三维空间想象的误差，提高学生的直观感受，对实际病例的整体病情有详细的了解，更容易吸收神经介入教学的整体知识和相关的手术方法，对于学生手术能力的整体培养具有重要作用。

2 研究方法

2.1 教学系统的建设及功能。运用AR技术，依托数字化信息处理系统将颅内情况，以3D打印模型外化出来，结合配套的AI系统，将具体病例的整体大脑内部情况表现出来，构建一套完整的神经介入手术教学系统。AP技术自身的交互性特点将信息数据实时呈现出来，在教学中让学生更清楚的了解神经介入手术的整体情况。在进行教学过程中，利用AR系统，发挥信息交互功能，让学生以沉浸式的体验，通过系统显示器直观观察三维空间的颅内情况。将实际的操作手段与虚拟的三维空间立体成像相结合，在通过3D打印技术，以树脂、硅胶等材料进行模型的打印。模拟颅内的颅骨、血管、神经等。在神经介入手术过程中采取3D打印模型的方式，提高介入手术教学培训的效果，尽可能的提高模型与实际颅内情况的相关性，提高模型的真实感，帮助学生适应神经介入手术的整体流程，在实际教学中给学生带来触感反馈，提高教学培训的实际效果。最终，在AR系统中对相关的神经介入手术注意的位置进行标记，将介入手术的模拟操作过程记录在AR系统之中，通过显示器反馈出来，以2D图像打印方式将手术的模拟操作实践过程反映出来[2]。在后续的神经介入手术培训教学中，通过AR系统，对学生的模拟手术过程进行相关指导，同时以此为鉴，提高在手术中应该注意的问题，给手术技法，提升学生个人能力，优化教学培训的整体成果。

2.2 实验分组与教学方法。在实际的教学培训过程中，一般采取分组教学的方式进行神经介入手术的相关教学。同时，通过分组的方式，以对比法来分析，在AR 技术支持下，3D打印模型应用于教学培训过程当中发挥的作用。对教学培训的学生进行1:1的分组，分别对学生进行传统的神经介入手术的教学培训与AR技术支持下的教学培训。通过两种不同的的教学方法，探究AR技术支持下的3D打印模型应用于神经介入手术教学中的实施效果是否明显。针对两组学生，对他们的相关成绩进行分析，在进行具体授课时，一组学生进行AR技术支持下的授课，另外一组进行手术视频教学模式的授课。通过两组同学不同的授课反应，对不同教学模式进行分析探讨，探究AR技术下的3D打印模型技术应用于神经介入手术教学培训中的积极意义。

2.3 评价。通过两组不同的教学模式，对学生最终的学习成绩进行分析探讨。首先以最直观的理论测试与手术操作考试，对学生的整体学习成果进行阶段性的测验。对两组不同教学方法的学生成绩进行分析。从知识理论角度，AR技术的应用效果与传统手术视频的教学成果哪一种方式更为明显。从手术操作角度检测两种教学模式的教学效果。此外，利用调查问卷的方式对参与教学的学生进行学习效果反馈。在调查问卷的设置中，问卷内容需要纳入“AR教学系统是否既有实际效用？”“AR教学系统在教学模式上是否具有创新性？”“你对于这种模式的满意程度。”等相关问题。不断增强AR技术在手术教学中的实践能力，积极利用AR技术进行教学，优化神经介入手术的整体教学培训方式。

2.4 结果。根据两组学生不同的教学模式对比结果，在无统计学差异的情况下进行合理对比，采取AR教学模式的同学，对知识理论的的掌握程度稍强与传统教学模式的学生，但是整体的的得分情况未出现巨大差异。在手术实践操作的测试中，采用AR教学模式的小组，整体的手术操作得分更高，远高于传统教学小组的操作得分，在统计学上的差异明显，且测试结果与统计结果具有有效性。综合操作成绩与理论成绩，采用AR 教学进行神经介入手术的教学培训，对学生理解相关的理论知识有所帮助，同时，对学生具体的手术操作实践能力的提升大有裨益[3]。并且，结合相关的调查问卷对AR技术支持下的教学培训进行信息采集，得出相关结果，实践结果表明，AR技术配合3D模型打印方式，在具体的教学实践过程中具有积极意义，同时，该方法的运用创新性原则，将科学技术同神经介入手术教学培训相结合，对于学生手术能力的整体培养具有重要作用。将3D打印这种快速成型的技术与医学实践相结合，不断发挥3D技术的便捷性、快速性的整体优势，强化学生对于神经介入手术的整体学习效果。

3 讨论

在神经介入手术的教学过程中所使用的教材，通常是将三维的大脑结构进行解剖，在教材中以二维的图像模式向同学们展现。同时学生在整体学习过程当中，对于实际的尸体解剖课程接触并不频繁，受到现实因素和客观原因的影响，在尸体解剖课程中，学生实际操作的次数相对较低[4]。依托3D模型，模拟侧脑室整体结构，对侧脑室的治疗与解剖方法进行细致讲解，在教学培训当中取得了优异成果。与传统的教学模式相比，3D打印技术运用到神经介入手术的教学当中来，能够让学生更直观的看到肿瘤、血管、神经、周围颅骨骨质等毗邻关系和三维空间关系。以三维立体空间，向学生完美展现人脑内部的复杂结构[5]。同时依托实际案例，利用数字成像技术打印3D模型作为教学用具，让学生了解在实际的手术过程当中所能够遇到的各种病情，提高学生对病情分析的能力。

综上所述，在AR技术的支持下，不断提高3D打印模型在神经介入手术在教学过程当中的实际应用。利用数字成像和3D打印技术制作的模型进行神经介入手术教学培训。利用先进的科学技术，在AR技术配合在进行3D模型的打印，在具体的教学实践过程中具有积极意义，不断强化神经介入手术的教学整体成果。强化学生利用3D模型深入了解人脑内部结构，了解在实际的情况当中所遇到的。特殊病情，针对具体病情进行科学合理的分析，从专业角度给出科学合理的治疗方案。但是3D打印技术应用于教学当中，不能够完全独立进行系统授课，仍旧需要配合传统教学模式进行授课。在3D模型的打印过程当中，对于颅内的细小组织如血管、神经，和菲薄组织例如硬脑膜、蛛网膜等，无法利用3D打印技术呈现出来。因此在进行3D模型教学过程当中，从传统的教学模式出发，配合3D打印模型教具，提高学生对神经系统内部的理解能力，加强学生的专业知识的输入，从多个方面强化神经介入手术教学培训成果。