3D打印顱腦及血管模型在留學(xué)生臨床教學(xué)中的應(yīng)用

胡陽春，陳為為，李 超，蒿玉興，代興亮

（安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院，安徽 合肥 230022）

老師是學(xué)生的引路人，在學(xué)生成長的過程中，遇到一位合適的老師非常重要。在學(xué)習(xí)階段，學(xué)生們可能就會因?yàn)槟硞€老師而改變自己學(xué)習(xí)的態(tài)度，如果某個老師講課的方式太過于枯燥，可能會導(dǎo)致學(xué)生對老師產(chǎn)生抵觸的心理，那么這門學(xué)科很難學(xué)好。一位優(yōu)秀的老師，在教學(xué)的過程中，必須了解不同學(xué)生內(nèi)心真正的想法，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，因材施教才能取得好的教學(xué)成果。神經(jīng)外科由于專業(yè)性強(qiáng)，且顱腦及腦血管解剖復(fù)雜，傳統(tǒng)的教學(xué)模式由于是以書本為綱、從概念到概念的教學(xué)，很難全面而直觀地闡明顱腦及腦血管解剖，本科生難以在短時間內(nèi)理解與掌握，無疑給教學(xué)造成很大困難。同時，由于安徽醫(yī)科大學(xué)國際留學(xué)生來自不同的國家，文化背景不同，政治、經(jīng)濟(jì)條件差異，傳統(tǒng)的教學(xué)模式已經(jīng)不能滿足不同學(xué)員的要求，如何提高他們的學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)習(xí)效果，是國內(nèi)臨床帶教老師面臨的巨大挑戰(zhàn)。國內(nèi)有單位將3D打?。╰hree-dimensional printing）腦血管模型用于本科生教學(xué)，由于其直觀、可視化特點(diǎn)，可以使學(xué)生更易理解并掌握腦血管解剖，提高教學(xué)效果[1]。但在國際留學(xué)生MBBS課程臨床教學(xué)中效果如何未見報道，本文就3D打印顱腦及血管模型在安徽醫(yī)科大學(xué)國際留學(xué)生班臨床教學(xué)中的教學(xué)效果進(jìn)行探討。

1 方法

1.1 3D打印顱腦及腦血管教學(xué)模型的制作

3D打印模型的相應(yīng)數(shù)據(jù)來源于安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院神經(jīng)外科住院患者?；颊呷朐汉蠛炇鹬橥鈺?，首先行頭顱CT、MRI等檢查，按照3D打印要求，患者薄層CT掃描層厚小于0.5mm，MRI層厚小于1mm，依據(jù)病情必要時行數(shù)字減影腦血管造影（digital subtraction angiography，DSA），將獲得的相關(guān)數(shù)據(jù)保存為DICOM格式。所得資料交由廣州邁普再生醫(yī)學(xué)科技有限公司，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Mimics17.0和3-MATIC9.0三維建模軟件，然后將模型數(shù)據(jù)以STL格式輸入3D打印機(jī)（美國Stratasys公司），最后采用光敏樹脂材料打印出等比例3D實(shí)物模型。

1.2 3D打印顱腦及血管模型在國際留學(xué)生人群神經(jīng)外科臨床教學(xué)中的應(yīng)用

1.2.1 研究對象分組：選取安徽醫(yī)科大學(xué)2016級國際留學(xué)生班臨床醫(yī)學(xué)生共38人，隨機(jī)分成兩組，其中3D打印模型教學(xué)組19人，傳統(tǒng)教學(xué)模式教學(xué)組19人，兩組均由具備豐富臨床工作和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的同一副教授、副主任醫(yī)師授課，分別采用不同的教學(xué)模式。

1.2.2 教學(xué)內(nèi)容：按照安徽醫(yī)科大學(xué)國際教育學(xué)院2016級MBBS留學(xué)生安醫(yī)附院實(shí)習(xí)輪轉(zhuǎn)表安排，神經(jīng)外科課程安排為2周，每周3次，每次3個學(xué)時。3D打印教學(xué)組由授課老師采用3D打印教學(xué)模型結(jié)合圖譜、臨床影像資料等對顱腦及腦血管正常解剖講解，并對顱腦疾患諸如顱內(nèi)占位、顱內(nèi)動脈瘤或動靜脈畸形患者的病變位置、大小、形態(tài)以及周圍解剖結(jié)構(gòu)等實(shí)施教學(xué)。對照組采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法對患者的相關(guān)臨床資料進(jìn)行教學(xué)。

1.2.3 教學(xué)效果評價，參照蘇星等[1]臨床教學(xué)效果評價標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)容包括：（1）學(xué)生對教學(xué)方式及課程的興趣度評價，分成很感興趣、一般和不感興趣，調(diào)查表采用不記名方式獨(dú)立填寫，填寫完成后當(dāng)場收回。（2）教學(xué)效果評價：教學(xué)效果的評價則是在教學(xué)完成后，由學(xué)生獨(dú)立指認(rèn)顱腦的大體解剖、分區(qū)及各區(qū)功能，包括各區(qū)受損后引起的相應(yīng)臨床癥狀；對于腦血管病，教學(xué)結(jié)束后，要求學(xué)生了解正常腦血管大體解剖、分段及腦血管病患者的病變性質(zhì)、大小、部位，滿分100分，90分以上為優(yōu)，70-90分為良，70分以下為差。

1.3 統(tǒng)計學(xué)處理

所得數(shù)據(jù)資料匯總后，采用SPSS 18.0軟件包進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。采用卡方檢驗(yàn)比較兩組學(xué)習(xí)興趣；對知識點(diǎn)掌握情況的分析采用秩和檢驗(yàn)。（P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。）

2 結(jié)果

2.1 3D打印腦血管模型教學(xué)組中學(xué)生對課程教學(xué)手段和興趣的評價均優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)組（P=0.036＜0.05），差異有統(tǒng)計學(xué)意義，見表1-3。

表1 學(xué)生對兩種不同教學(xué)方法的興趣度

表2 學(xué)生對兩種不同教學(xué)方法的興趣度統(tǒng)計

表3 學(xué)生對兩種不同教學(xué)方法的卡方檢驗(yàn)

本例檢驗(yàn)結(jié)果Pearson Chi-square的卡方值=4.378，雙側(cè)P=0.036，按照 α=0.05水準(zhǔn)，差異有統(tǒng)計學(xué)意義，可以認(rèn)為參與3D教學(xué)組的同學(xué)對該方法更感興趣。

2.2 與傳統(tǒng)教學(xué)組相比，3D打印教學(xué)組對知識點(diǎn)掌握程度也有明顯提高，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），見表 4。

表4 兩種不同教學(xué)方法教學(xué)效果比較

表5 假設(shè)檢驗(yàn)摘要

圖1 獨(dú)立樣本曼·惠特尼U檢驗(yàn)

3 討論

傳統(tǒng)的神經(jīng)外科臨床教學(xué)模式是在融入大量的語言教學(xué)前提下，單純從視覺空間，諸如圖譜、解剖等進(jìn)行教學(xué)。傳統(tǒng)的三維解剖學(xué)習(xí)是通過尸體解剖學(xué)習(xí)，一方面，尸體資源匱乏，完整性難以保障，另一方面，由于神經(jīng)系統(tǒng)的解剖復(fù)雜性，同時由于存在解剖結(jié)構(gòu)變異、內(nèi)部細(xì)微結(jié)構(gòu)顯示差等問題，導(dǎo)致學(xué)生對解剖結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)困難、遺忘率高。因此，傳統(tǒng)的教學(xué)模式并不能使年輕醫(yī)師尤其是剛從學(xué)校完成理論學(xué)習(xí)，尚未接觸臨床實(shí)際的醫(yī)學(xué)生準(zhǔn)確、快速地理論聯(lián)系實(shí)際。對于實(shí)習(xí)醫(yī)生來說，往往收效甚微。因此，應(yīng)用多手段教學(xué)、多種模式相結(jié)合的教學(xué)模式應(yīng)運(yùn)而生，已經(jīng)成為教學(xué)的主流[2]。3D打印技術(shù)是以三維數(shù)字模型數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用不同材質(zhì)的可粘合材料，通過逐層堆疊累積的方法構(gòu)建而成的模型[3]。隨著3D打印技術(shù)的日益發(fā)展與成熟，這一新興的科技成果廣泛應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，包含醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。3D打印顱腦及血管模型具有精度高、可觸摸、可復(fù)制、可縮放等優(yōu)點(diǎn)，能打印出符合需求的解剖學(xué)模型[4]。

由于腦血管位置深，顱內(nèi)血管走行迂曲復(fù)雜，動脈分支較多，加上有變異的交通支存在，醫(yī)學(xué)生通過二維解剖圖譜學(xué)習(xí)，理解記憶困難，傳統(tǒng)的授課方式難以使學(xué)生形成腦血管的空間立體構(gòu)造概念，即便是低年資的神經(jīng)外科醫(yī)師亦難以在短時間內(nèi)很好地掌握復(fù)雜的腦血管解剖，即便是通過手術(shù)觀摩，由于視角問題也不一定能很好地看清，最終達(dá)不到滿意的教學(xué)效果。對于3D打印血管模型在神經(jīng)外科臨床中的應(yīng)用，很多作者已作綜述[5]。3D打印腦血管模型始于1999年，D'Urso等[6]首次以患者的CTA及MRA圖像為數(shù)據(jù)源，利用立體光刻技術(shù)打印顱內(nèi)動脈瘤、動靜脈畸形模型，3D打印腦血管模型實(shí)現(xiàn)了抽象化為具體。在國內(nèi)，3D打印顱腦及血管模型，是1∶1精細(xì)還原打印出這些細(xì)微結(jié)構(gòu)，這種3D打印模型由于其具有精確、可視性等特點(diǎn)，已有部分應(yīng)用于臨床。康慧斌[7]報道3D打印技術(shù)在動脈瘤開顱夾閉手術(shù)中，減少了動脈瘤夾的選擇及調(diào)整次數(shù)，在一定程度上提高了動脈瘤夾閉的精準(zhǔn)度，同時也縮短了手術(shù)時間，減輕了對正常腦組織的損傷。譚衍[8]、劉子燕等[9]報道了在顱內(nèi)動脈瘤介入栓塞中應(yīng)用3D打印技術(shù)也可以縮短手術(shù)時間，提高成功率及患者滿意度。陳光忠等[10]報道了3D打印模型在腦血管畸形病人中的應(yīng)用價值，它可以幫助術(shù)者更加直觀地了解畸形團(tuán)空間構(gòu)筑學(xué)特征。神經(jīng)外科疾病也包括了顱神經(jīng)疾病，諸如三叉神經(jīng)痛、面肌痙攣、舌咽神經(jīng)痛等。大部分顱神經(jīng)疾病的病因尚未明確，考慮與局部血管對神經(jīng)的壓迫有關(guān)，目前診斷顱神經(jīng)疾病，通常根據(jù)患者的臨床癥狀來推測。由于腦神經(jīng)疾病的手術(shù)一般位于后顱窩，空間狹小，往往暴露手術(shù)視野受限，若術(shù)前無法明確責(zé)任血管及壓迫部位，術(shù)中可能由于過度牽拉而造成醫(yī)源性正常腦組織或血管損傷，或者為了避免由于過度牽拉造成副損傷，對壓迫部位分離不徹底，易致復(fù)發(fā)。隨著3D打印技術(shù)的臨床應(yīng)用，通過3D打印顱神經(jīng)模型，可以充分實(shí)現(xiàn)顱神經(jīng)的三維可視化，進(jìn)而更加形象、直觀地顯示神經(jīng)、血管及其相互關(guān)系，從而為顱神經(jīng)疾病的診療提供更有力依據(jù)[11]。3D打印腦血管病模型應(yīng)用于臨床的同時，已有部分學(xué)者將其應(yīng)用于不同學(xué)習(xí)基礎(chǔ)人群的臨床教學(xué)[12]。

但迄今為止，將3D打印顱腦及血管模型應(yīng)用于留學(xué)生臨床教學(xué)尚未見報道，對于安徽醫(yī)科大學(xué)國際留學(xué)生來說，由于傳統(tǒng)文化、經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)的差異，即使學(xué)生具備良好的理論基礎(chǔ)，但如果僅僅機(jī)械地應(yīng)用傳統(tǒng)的平面解剖圖譜、普通的模型標(biāo)本及一般的影像學(xué)，很難直觀地呈現(xiàn)顱腦及相關(guān)血管結(jié)構(gòu)，往往也是枯燥無味的，很難激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的興趣，往往都是被動學(xué)習(xí)，難以使學(xué)生在短時間內(nèi)充分理解和掌握教學(xué)內(nèi)容。3D打印顱腦及腦血管模型，利用3D打印技術(shù)1:1還原這些細(xì)微結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造了仿真模擬臨床環(huán)境，將顱腦及血管立體地展現(xiàn)在學(xué)生面前，改變了傳統(tǒng)教學(xué)模式的以書本為綱、從概念到概念的注入式教學(xué)方式，拉近理論知識與臨床實(shí)際的距離，為培訓(xùn)者提供了視覺、觸覺感受，全方位觀察了手術(shù)部位的周圍結(jié)構(gòu)，提高了初學(xué)者對手術(shù)技能和對手術(shù)過程的理解。不管是在顱內(nèi)占位還是在腦血管疾病和顱神經(jīng)疾病的臨床教學(xué)中都具有相當(dāng)重要的作用。

本結(jié)果顯示，3D打印顱腦及血管模型教學(xué)的引入，極大地提高了國際留學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，通過理論知識學(xué)習(xí)結(jié)合3D打印仿真模型，直觀地了解顱腦、血管及神經(jīng)的解剖，顯著提升了具有不同文化背景的國際留學(xué)生對顱腦及腦血管解剖的認(rèn)識，從而進(jìn)一步加深對相關(guān)疾病及其發(fā)病機(jī)制的理解；同時，通過對顱腦及血管3D打印模型的角度轉(zhuǎn)換，讓學(xué)生了解了手術(shù)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，加深了記憶，達(dá)到了學(xué)習(xí)目的。因此，其在國際留學(xué)生神經(jīng)外科臨床教學(xué)中應(yīng)該具有比國內(nèi)學(xué)生更良好的應(yīng)用前景，可作為臨床教學(xué)改革的重要手段，這一點(diǎn)，對于有著傳統(tǒng)文化差異的外國留學(xué)生，顯得尤為重要。

因此，3D打印技術(shù)是未來神經(jīng)外科臨床教學(xué)改革發(fā)展的必然趨勢，然而，3D打印顱腦及血管模型也存在一些局限，一方面顱腦掃描容易受到運(yùn)動偽影、掃描時間及圖像信噪比低等多方面因素的影響，導(dǎo)致CT、MRI需薄層掃描；另外DSA等影像檢查結(jié)果，采集數(shù)據(jù)的成本較高，此外，3D打印技術(shù)的實(shí)施需要專門的軟件及專業(yè)人員，3D打印機(jī)普遍價格昂貴，很難在醫(yī)院大范圍普及。同時，打印材料的選擇也存在局限，腦膜、蛛網(wǎng)膜等菲薄的腦組織3D打印技術(shù)未有報道，3D打印技術(shù)打印中空器官也存在難度，導(dǎo)致在腦血管疾病的應(yīng)用中，不能反映血管內(nèi)部的真實(shí)情況，如是否有鈣化、斑塊及血栓等,很難讓復(fù)制品標(biāo)本達(dá)到與真實(shí)標(biāo)本的觸感無差異等。這些問題還有待繼續(xù)研究和解決。