彭文標

（中山市古鎮(zhèn)人民醫(yī)院,廣東 中山 528421）

3D 打印的基礎是患者影像數(shù)據(jù)的采集和數(shù)字模型的三維重建，是當下醫(yī)學研究的一個熱點，目前在神經(jīng)外科、骨科、頜面外科的術前輔助應用較多，能較好提高手術精度、縮短手術時間[1-5]。腹腔鏡下腎部分切除術（Laparoscopic Partial Nephrectomy，LPN）是難度較高的手術，有報道稱即使經(jīng)驗豐富的外科醫(yī)師行LPN 發(fā)生手術并發(fā)癥的風險也接近33%[6]。因此，在開展LPN 之前有必要對外科醫(yī)師進行系統(tǒng)培訓，減少手術風險。傳統(tǒng)的手術室"學徒式"教學模式由于手術時間、病人安全等因素的考慮，已經(jīng)無法滿足外科手術技能培訓的需要。

本研究擬探索3D 打印技術用于腹腔鏡腎部分切除手術培訓中的應用前景，擬基于患者的真實影像學數(shù)據(jù)，采用三維重建及3D 打印技術制作解剖結(jié)構(gòu)逼真、可重復生產(chǎn)、能長久保存的腎部分切除術疾病模型，用于LPN 高級手術技能的培訓，并驗證培訓效果，為進一步規(guī)范化LPN 培訓課程的設計提供理論及實踐依據(jù)。

1 對象與方法

1.1 研究對象

選取2016年9月-2019年12月在中山市古鎮(zhèn)人民醫(yī)院泌尿外科輪轉(zhuǎn)的12 名輪科醫(yī)生為教學對象,均為男性，培訓時間均為4 個學時，以數(shù)字表法將其隨機分為3D 打印教學組和傳統(tǒng)教學組，每組各6 人。其中3D 打印教學組年齡21～24 歲，平均（22.667±1.106）歲，傳統(tǒng)教學組年齡22～25 歲，平均(22.833±1.067)歲。本次研究所有入組學員本人均知情且同意，兩組學員在年齡上無統(tǒng)計學差異（P＞0.05）。

1.2 教學方法

3D 疾病模型制作：收集適合LPN 的腎臟腫瘤患者的CT數(shù)據(jù)，包括平掃期、動脈期、靜脈期、腎盂排泄期，以DICOM格式保存，并導入到MIMICS 15.0 軟件中，針對不同時相期的CT 數(shù)據(jù)分別分割重建腎臟內(nèi)部及毗鄰臟器結(jié)構(gòu), 包括腎臟大體、腎腫瘤、腎動靜脈及其分支,腎集合系統(tǒng)及毗鄰結(jié)構(gòu)肺下部、肝臟或脾臟、脊柱、腰部皮膚，采用自動配準和人工輔助調(diào)整逐一完成配準、融合，構(gòu)建一體化腎臟腫瘤三維模型。按1:1 等比例打印出腎臟大體、腎臟腫瘤、腎動靜脈及其分支，材料為高分子粉末，由南方醫(yī)科大學3D 打印研究中心提供技術支持。

教學實施：兩組學員均按照統(tǒng)一的教學大綱（內(nèi)容包括疾病知識、腎臟及其毗鄰結(jié)構(gòu)的解剖學知識及LPN 手術步驟）要求進行教學培訓，傳統(tǒng)教學組采用典型LPN 病例結(jié)合CT 機導出的三維重建圖片進行教學，3D 教學組在傳統(tǒng)授課方式的基礎上，另外加入采用Mimics15.0 軟件重建的可任意旋轉(zhuǎn)的虛擬腎臟腫瘤模型及3D 打印模型進行教學。兩組均采用小講課方式教學，培訓時長均為4 個學時，培訓老師為具有豐富LPN 經(jīng)驗的高級職稱醫(yī)生。

1.3 教學效果評價

所有輪科學員完成培訓后，即進行培訓效果考核及教學滿意度調(diào)查?？己藘?nèi)容包括LPN 的臨床知識（30 分）、腎臟及其毗鄰結(jié)構(gòu)的解剖學知識(30 分）、LPN 手術步驟（40 分）。教學滿意度調(diào)查通過問卷調(diào)查表的形式，讓每個參與培訓的輪科醫(yī)生采用Likert 5 分評價量表對本次培訓進行評價，5 分為最高值，代表評價最高，反之，1 分評價最差。量表內(nèi)容包括總體滿意度（不滿意～非常滿意）、對教學理解的難易度（難理解～非常容易理解）、教學模式的生動性（很枯燥～非常生動）、提高學習效率（不能提高～明顯提高）進行評價4 個方面。

1.4 統(tǒng)計學處理

采用SPSS 22.0 統(tǒng)計學軟件進行數(shù)據(jù)分析，學員考核評價成績和滿意度調(diào)查結(jié)果用均數(shù)±標準差(±s）表示，組間比較使用t檢驗，P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 3D 技術教學組和傳統(tǒng)教學組臨床知識考核評分差別無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），3D 打印教學組對腎臟及其毗鄰相關結(jié)構(gòu)的解剖知識及LPN 手術路徑考核評分高于傳統(tǒng)教學組(P＜0.05)，差別有統(tǒng)計學意義，具體考核結(jié)果見表1。

表1 兩組考核結(jié)果比較

2.2 3D 技術教學組學員對教學模式總體滿意度、難易度、生動性、提高學習效率的評價高于傳統(tǒng)教學組，P＜0.05，見表2。

表2 兩組滿意度評價比較

3 討論

3.1 創(chuàng)新LPN 培訓方式的必要性

LPN 是一項難度較高、操作復雜的重建性泌尿外科腹腔鏡手術[8]，學習曲線長，輪科醫(yī)生在泌尿外科專業(yè)學習的時間有限，腎臟解剖位置較深，對低年資醫(yī)師來說，腎臟內(nèi)部及其毗鄰結(jié)構(gòu)的解剖是主要難點所在，立體空間結(jié)構(gòu)認知的缺失是主要原因。傳統(tǒng)教學方式主要采用內(nèi)容單一的CT、文字、圖片和手術觀摩等教學方法，主要基于傳統(tǒng)二維視角展開培訓，沒有三維立體結(jié)構(gòu)的展示，很難在短時間有效提高學員對解剖結(jié)構(gòu)及手術路徑的認知，學員的積極性也不高。為了提高LPN 培訓效率，我們必須創(chuàng)新教學方式，以期提高低年資輪轉(zhuǎn)醫(yī)師的學習興趣和效果。

3.2 采用三維重建及3D 打印技術進行教學的優(yōu)勢

基于患者真實影像學數(shù)據(jù)構(gòu)建的疾病三維重建模型，能任意角度的的展示腫瘤與腎臟的相對位置以及腎臟及其毗鄰結(jié)構(gòu)的層次結(jié)構(gòu)。3D 打印是一種快速成型技術，以患者影像學數(shù)據(jù)為基礎，基于三維重建虛擬模型運用可粘合材料逐層打印的方式來構(gòu)造三維物體的逆向工程技術，3D 打印模型能夠真實地還原患者腎臟及其毗鄰結(jié)構(gòu)的解剖特點[9-10]。采用3D 打印技術打印LPN 的典型案例，比較新穎、直觀。所有學員都可以學習相同的病例，達到同質(zhì)化的教學效果。研究顯示3D 打印模型輔助教學對學員的學習起到了促進作用，彌補了傳統(tǒng)教學的缺點，更容易使學員理解關鍵解剖結(jié)構(gòu)及病理特點[11-15]，教學滿意度調(diào)查提示學員更加喜歡3D 模型教學。

3.2 本研究的亮點

采用基于病人真實的影像數(shù)據(jù)，結(jié)合醫(yī)學圖像三維重建及3D 打印技術，構(gòu)建個性化、解剖結(jié)構(gòu)逼真、可重復生產(chǎn)、能反復利用、不受場地限制的LPN 培訓模型，能夠直觀生動的展示病例特點，大大的降低了學習的難度，提高了學員的學習效率。此外，構(gòu)建的3D 打印模型可以長期保存、反復應用，是較好的教學輔助工具，能夠較好的控制教學成本，值得推廣。

3.3 不足與展望

采用三維重建和3D 打印技術，雖然獲得了較好的學習效果，但仍存在一定的不足，需要持續(xù)改建。首先，3D 打印模型采用全彩粉末打印技術，雖然解剖結(jié)構(gòu)比較逼真，但打印的模型質(zhì)地偏硬，與真實的人體組織相差較遠，在接下來的研究中，可以挑選軟性材料進行打印，能大大改善培訓模型的質(zhì)感，更接近實際臨床手術；其次，本研究僅與傳統(tǒng)教學組比較了短期培效果，最終是否能有效縮短LPN 的學習曲線，有待設計更長時間的培訓課程去驗證。