王躍華 李永鵬 孫博文 孟鈺驍 朱玉競(jìng) 王東鵬 史懷璋

顱內(nèi)動(dòng)脈瘤是蛛網(wǎng)膜下腔出血（subarachnoid hemorrhage，SAH）的首要病因，動(dòng)脈瘤性蛛網(wǎng)膜下腔出 血（aneurysmal subarachnoid hemorrhage，aSAH）在世界范圍內(nèi)的總體年發(fā)病率約為9.1/10 萬(wàn)[1]。對(duì)于破裂出血的顱內(nèi)動(dòng)脈瘤，積極手術(shù)治療是預(yù)防再次出血、保障生命的最佳選擇，目前主要的手術(shù)方式有開(kāi)顱夾閉與血管內(nèi)介入栓塞，而對(duì)于大腦中動(dòng)脈（Middle cerebral artery，MCA）動(dòng)脈瘤來(lái)說(shuō)，開(kāi)顱夾閉是優(yōu)先選擇的術(shù)式。MCA 動(dòng)脈瘤形狀各異，顱內(nèi)血管走行復(fù)雜，單純的影像信息難以全方面地展示動(dòng)脈瘤。20 世紀(jì)90 年代出現(xiàn)的三維（three-dimensional，3D）打印技術(shù)在腦血管病栓塞治療、動(dòng)脈瘤手術(shù)夾閉、腦腫瘤切除術(shù)中發(fā)揮了重要作用[2-4]，實(shí)現(xiàn)了從單純視覺(jué)到視覺(jué)-觸覺(jué)模型的轉(zhuǎn)變，有助于神經(jīng)外科醫(yī)生的臨床培養(yǎng)及制定手術(shù)計(jì)劃[5]。本研究利用打印出的3 例高仿真顱內(nèi)動(dòng)脈瘤3D 打印模型，對(duì)低年資神經(jīng)外科醫(yī)生手術(shù)技能進(jìn)行訓(xùn)練并評(píng)價(jià)，并完成術(shù)前的模擬與手術(shù)規(guī)劃。

1 材料與方法

1.1 目標(biāo)人群的選擇

選取2020 年1 月—11 月期間就診于哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院神經(jīng)外科的3 名患者（表1）并收集其DSA、計(jì)算機(jī)斷層血管造影（computed tomography angiography，CTA）數(shù)據(jù)。選取條件為：（1）經(jīng)DSA 確診的MCA 動(dòng)脈瘤；（2）計(jì)劃行開(kāi)顱夾閉手術(shù)。受試者：6 位低年資神經(jīng)外科醫(yī)生，均有參與開(kāi)顱動(dòng)脈瘤夾閉手術(shù)實(shí)踐經(jīng)歷。

表1 患者資料

評(píng)價(jià)者：1 位高年資神經(jīng)外科醫(yī)生，主刀開(kāi)顱手術(shù)經(jīng)驗(yàn)豐富，行開(kāi)顱動(dòng)脈瘤夾閉手術(shù)逾300 例。

1.2 圖像處理及模型打印

使用Mimics 軟件，一種專門為醫(yī)學(xué)設(shè)計(jì)的3D 圖像生成及編輯處理軟件。將CTA、DSA 原始數(shù)據(jù)以醫(yī)學(xué)數(shù)字成像（digital imaging and communications in medicine，DICOM）格式直接導(dǎo)入并進(jìn)行處理，通過(guò)軟件運(yùn)算將數(shù)字成像中的數(shù)據(jù)和醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行三維可視化，通過(guò)剪切、調(diào)節(jié)閾值來(lái)建模（圖1）。以.stl（STereoLithography）格式導(dǎo)出，輸入3D 打印機(jī)，打印模型[6-8]。

圖1A 三維圖像可視化重建

圖1B 三維圖像可視化重建

1.3 對(duì)參培人員的評(píng)價(jià)

首先由6 位低年資神經(jīng)外科醫(yī)生通過(guò)3D-DSA 影像來(lái)觀察動(dòng)脈瘤大小、形狀、指向及載瘤動(dòng)脈的分支、瘤體與周圍血管、骨質(zhì)等的位置關(guān)系，而后在1 號(hào)模型進(jìn)行首次動(dòng)脈瘤夾閉模擬。模擬后由高年資神經(jīng)外科教授針對(duì)參培人員的操作進(jìn)行評(píng)價(jià)打分，并向住院醫(yī)師講解動(dòng)脈瘤夾閉手術(shù)要點(diǎn)及注意事項(xiàng)。隨后參培人員使用相同模型再次模擬，并接受高年資神經(jīng)外科教授的評(píng)價(jià)，最后每位參培人員都會(huì)參與本模型對(duì)應(yīng)實(shí)際患者的動(dòng)脈瘤夾閉手術(shù)或觀看錄像，此時(shí)參培人員完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程。每位參培人員都依次在1、2、3 號(hào)模型上進(jìn)行上述流程。手術(shù)結(jié)束后通過(guò)手術(shù)視頻進(jìn)行模型與實(shí)際手術(shù)之間的對(duì)比（圖2）。

圖2A 模型與實(shí)際手術(shù)對(duì)比

圖2B 與實(shí)際手術(shù)對(duì)比

我們的評(píng)價(jià)是使用顱內(nèi)動(dòng)脈瘤夾閉手術(shù)操作評(píng)價(jià)表：objective structured assessment of aneurysm clipping skills（OSAACS）[9]，該表是由外科手術(shù)操作技能評(píng)價(jià)表改良的評(píng)價(jià)動(dòng)脈瘤夾閉手術(shù)中的具體操作差別的量表，包括8 個(gè)與動(dòng)脈瘤手術(shù)操作技能相關(guān)的項(xiàng)目（表3），即手術(shù)體位、操作時(shí)間、夾閉準(zhǔn)確度、載瘤動(dòng)脈保護(hù)、手術(shù)器械使用、術(shù)前計(jì)劃、顯微鏡使用、手術(shù)器械熟練。各項(xiàng)目分?jǐn)?shù)范圍為1 到5 分，總分為40 分，通過(guò)此表能夠評(píng)價(jià)術(shù)者在顱內(nèi)動(dòng)脈瘤夾閉手術(shù)中的操作細(xì)節(jié)。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

所有評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)運(yùn)用SPSS 20.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，計(jì)量資料用（）表示，采用t檢驗(yàn)；兩組以上計(jì)量資料之間的比較采用單因素方差分析，進(jìn)一步兩兩比較使用Q 檢驗(yàn)；P＜0.05 表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

表2結(jié)果顯示，6位低年資參培人員分別被標(biāo)為A、B、C、D、E、F，其中A、B 是工作2 年的神經(jīng)外科住院醫(yī)師，有10 次左右顱內(nèi)動(dòng)脈瘤夾閉手術(shù)助手經(jīng)驗(yàn)，C、D 工作4 年，有30 次左右顱內(nèi)動(dòng)脈瘤夾閉手術(shù)助手經(jīng)驗(yàn)，E、F工作5 年，有超過(guò)50 次的顱內(nèi)動(dòng)脈瘤夾閉手術(shù)助手經(jīng)驗(yàn)。表3 為每位參培人員完成每次模擬后由神經(jīng)外科教授所評(píng)的得分。每位參培人員在三個(gè)模型中，第二次得分均比第一次的得分高，且P＜0.001，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（表3）。在3 例MCA 動(dòng)脈瘤模型中，1 號(hào)模型位于M2 段，有三條干，夾閉難度要高于2 號(hào)；2 號(hào)模型位于M1 段，但其動(dòng)脈瘤瘤頸更寬，夾閉難度要高于3 號(hào)。

表2 動(dòng)脈瘤夾閉手術(shù)技能評(píng)價(jià)表

每位參培人員在1、2、3 號(hào)模型的訓(xùn)練中，第二次模擬得分均比第一次模擬得分更高，配對(duì)t檢驗(yàn)顯示兩組差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。每人再一次進(jìn)行1、2、3 號(hào)模型進(jìn)行模擬的時(shí)候得分均值依次增高。隨著模擬次數(shù)的增多，參培人員在消耗時(shí)間的項(xiàng)目中得分越來(lái)越高，說(shuō)明隨著模擬次數(shù)的增多，參培人員操作所需時(shí)間越來(lái)越少。

表3 結(jié)果顯示，每位參訓(xùn)人員的三個(gè)模型中，第二次得分均比第一次的得分高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.001）。

表3 配對(duì)t 檢驗(yàn)分析每位人員的每個(gè)模型第一次和第二次得分的差異（分，）

表3 配對(duì)t 檢驗(yàn)分析每位人員的每個(gè)模型第一次和第二次得分的差異（分，）

3 討論

每位參培人員在經(jīng)過(guò)“模擬-教學(xué)-模擬-實(shí)際手術(shù)”這一完整流程后，比較2 次模擬得分，第二次得分較第一次得分均有提高。我們認(rèn)為經(jīng)過(guò)這一流程的培訓(xùn)，能夠使低年資醫(yī)生的開(kāi)顱動(dòng)脈瘤夾閉手術(shù)的操作技能得到提升。配對(duì)t檢驗(yàn)分析顯示培訓(xùn)前后得分差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，這說(shuō)明3D 打印高仿真模型適用于低年資醫(yī)生的培訓(xùn)任務(wù)。我們?cè)O(shè)計(jì)的流程中，在第一次模擬后參培人員接受神經(jīng)外科教授的講解，也是提高第二次模擬分?jǐn)?shù)的影響因素，但我們也分析了每位人員在1、2、3 號(hào)模型上進(jìn)行的3 個(gè)第一次模擬得分和3 個(gè)第二次模擬得分，發(fā)現(xiàn)每位人員的3 個(gè)第一次得分均值依次增高，3 個(gè)第二次得分均值也呈同樣趨勢(shì)，綜合后我們認(rèn)為3D 打印動(dòng)脈瘤模型能夠用于低年資神經(jīng)外科醫(yī)生的培訓(xùn)。動(dòng)脈瘤開(kāi)顱夾閉手術(shù)經(jīng)驗(yàn)越豐富的參與人員其第一次得分也越高，人員E、F 比人員C、D 的第一次模擬起步得分更高，同樣的情況在人員C、D 與人員A、B 的比較中也存在，這也符合平時(shí)手術(shù)經(jīng)驗(yàn)多，手術(shù)技巧也相對(duì)嫻熟的規(guī)律。

現(xiàn)在介入栓塞適用于大多數(shù)的動(dòng)脈瘤，尤其是那些患有難以開(kāi)顱手術(shù)治療的動(dòng)脈瘤的患者，這導(dǎo)致開(kāi)顱動(dòng)脈瘤夾閉手術(shù)量逐漸減少[10]。對(duì)于神經(jīng)外科住院醫(yī)師的培養(yǎng)，以前唯一的方法是通過(guò)手術(shù)數(shù)量與經(jīng)驗(yàn)的積累，因此對(duì)神經(jīng)外科醫(yī)生的模擬手術(shù)培訓(xùn)更值得青睞，并且計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展也使各種手術(shù)模擬系統(tǒng)成為可能。3D打印技術(shù)則能夠?yàn)檫@些問(wèn)題帶來(lái)解決方法，本研究中打印了3 例高仿真動(dòng)脈瘤模型，1、2、3 號(hào)模型的打印分別花費(fèi)了9 h、10.5 h、8 h。3 例病例均為體檢發(fā)現(xiàn)，限期手術(shù)患者，動(dòng)脈瘤未破裂出血，有充足時(shí)間來(lái)制作3D打印動(dòng)脈瘤模型，但是對(duì)于有aSAH 的患者，病情危急，隨時(shí)面臨再次破裂出血可能，所以在時(shí)間上可能無(wú)法有足夠時(shí)間來(lái)收集、運(yùn)送、處理影像數(shù)據(jù)資料，制作打印模型，這個(gè)問(wèn)題是限制其應(yīng)用的一個(gè)重要因素。

MCA 動(dòng)脈瘤是顱內(nèi)動(dòng)脈瘤中最常見(jiàn)的類型之一，約占所有顱內(nèi)動(dòng)脈瘤的1/4～1/5。MCA 供應(yīng)同側(cè)大腦半球2/3 的血供，血流量較大、分支較多且局部解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此MCA 動(dòng)脈瘤的形態(tài)多變，且多為寬頸動(dòng)脈瘤，并不適合進(jìn)行介入栓塞手術(shù)治療[11]。MCA 動(dòng)脈瘤一旦破裂更易引起顱內(nèi)血腫、腦疝、偏癱等不良預(yù)后[12-13]。因此無(wú)論是對(duì)于破裂或未破裂MCA 動(dòng)脈瘤，精準(zhǔn)地顯微手術(shù)夾閉都尤為重要。

本研究中，利用3D 打印技術(shù)打印出3 例高仿真MCA 動(dòng)脈瘤模型，這有助于幫助參培人員更立體地了解動(dòng)脈瘤的形狀、大小、位置、周圍血管、瘤頸等重要信息。我們可以看出在經(jīng)過(guò)模擬手術(shù)后，參培人員的手術(shù)技能都有所提高。與傳統(tǒng)學(xué)習(xí)模式相比，3D 打印技術(shù)在手術(shù)室外為經(jīng)驗(yàn)不足的醫(yī)生提供了一個(gè)高度仿真的學(xué)習(xí)條件。而相對(duì)于利用動(dòng)物模型、大體頭顱標(biāo)本模擬手術(shù)和參觀手術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)、提高手術(shù)技巧，3D 打印技術(shù)可以耗費(fèi)更少的資源，減短學(xué)習(xí)時(shí)間，最大幅度的優(yōu)化年輕醫(yī)生的學(xué)習(xí)曲線[14-15]。因此，與傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)模式相比，3D 打印模型有著巨大的優(yōu)勢(shì)和潛力。同時(shí)，這些模型也可幫助醫(yī)生與患者及家屬更形象地溝通，使患者及家屬更容易理解什么是動(dòng)脈瘤、動(dòng)脈瘤的位置以及手術(shù)方式，Wurm 等[16]的一項(xiàng)研究已證實(shí)模型在臨床工作中的應(yīng)用增加了患者及家屬對(duì)疾病的理解。Mankovich 等[17]在1990年成功打印三維顱骨模型，在腦血管神經(jīng)外科中，Derso 等[18]描述了快速成型技術(shù)的使用，以制作動(dòng)脈瘤模型。

本研究中模型的另外局限在于，其尚未實(shí)現(xiàn)側(cè)裂靜脈，細(xì)小動(dòng)脈，蛛網(wǎng)膜腔隙，硬腦膜的構(gòu)建。因?yàn)橹刖W(wǎng)膜的解剖、分離側(cè)裂靜脈是手術(shù)中一個(gè)重要的步驟，我們正在尋找一種合適的材料來(lái)制作蛛網(wǎng)膜。

4 結(jié)論

3D 打印顱內(nèi)動(dòng)脈瘤模型能夠用于低年資神經(jīng)外科醫(yī)生的培訓(xùn)。通過(guò)在3D 打印顱內(nèi)動(dòng)脈瘤模型上的累積訓(xùn)練，能夠提高術(shù)者的操作技能水平。