陳雅榮 趙磊

近年來，心血管疾病已經(jīng)成為全球性的公共衛(wèi)生問題，心血管疾病發(fā)病率不斷增高，并且發(fā)病年齡日趨年輕化。我國心血管疾病發(fā)病率也在逐年上升，并且是發(fā)達地區(qū)的主要死因，因此，對于心血管疾病的早期診斷、精準評價與合理臨床干預(yù)尤為重要。血管內(nèi)介入性手術(shù)目前已廣泛的應(yīng)用治療血管疾病，并成為最及時、最有效、損傷最小的方法之一。由于介入手術(shù)需要借助醫(yī)學(xué)影像引導(dǎo)，且使用器械自由度極小的原因，手術(shù)難度明顯升高；另一方面，現(xiàn)有教學(xué)方法存在諸多不足，均使得介入科醫(yī)師的成長周期大幅延長。因此，安全有效地開展血管介入性手術(shù)臨床實踐技能培訓(xùn)是介入科青年醫(yī)生進步的重要內(nèi)容。

1 血管介入性手術(shù)實踐技能培訓(xùn)方法

住院醫(yī)生對圍手術(shù)期結(jié)局的影響一直以來是一個有爭議的話題。DiDato 等[1]分析了住院醫(yī)師對肝內(nèi)腔靜脈畸形介入術(shù)的影響，并得出其與圍手術(shù)期主要不良結(jié)局無關(guān)，但與手術(shù)時間和住院時間的增加有關(guān)，進而導(dǎo)致醫(yī)療資源成本增加。因此，提高住院醫(yī)師臨床實踐技能水平至關(guān)重要。

常規(guī)血管介入性手術(shù)教學(xué)方法主要存在以下不足：（1）可行性較低：尸體標(biāo)本和動物實驗一直以來是臨床醫(yī)學(xué)進步的基石，但尸體標(biāo)本來源有限、成本高且不易保存[2]，動物模型與人體器官差異較大且存在動物倫理問題，在我國當(dāng)前國情下均無法廣泛推廣[3]。（2）學(xué)生動手能力低下：教師講解多為機械性、灌輸式教學(xué)，師生缺乏有效互動，學(xué)生積極性往往不高，導(dǎo)致教學(xué)效果不理想[4]。如利用影像資料可在一定程度上解決臨床見習(xí)無法直觀了解相關(guān)技能操作的弊端，但仍然存在著相關(guān)解剖結(jié)構(gòu)了解不到位，對精細結(jié)構(gòu)把握不準確的問題。（3）常規(guī)模型仿真度較差：雖然學(xué)生可以借助模型動手實踐，但實際教學(xué)環(huán)節(jié)的訓(xùn)練模型結(jié)構(gòu)單一，質(zhì)感與人體差別大，學(xué)生無法直觀、全面地了解人體解剖結(jié)構(gòu)以及損傷機制，從而使得教學(xué)效果一般[5]。（4）接受過多的電離輻射：手術(shù)現(xiàn)場觀摩雖然可以讓醫(yī)師接觸真正的手術(shù)過程，但受到電離輻射的限制而無法成為常規(guī)培訓(xùn)方法。類似地，學(xué)徒模式培訓(xùn)盡管有高級醫(yī)生在場保證了患者安全的同時進行監(jiān)督培訓(xùn)，使住院醫(yī)師逐步接觸到手術(shù)實踐操作，但在現(xiàn)代血管介入實踐中，這種教學(xué)方法可能無效。不僅由于其受到電離輻射及學(xué)習(xí)視角限制，更重要的是患者可能遭受不必要的風(fēng)險，同時還將面臨司法道德問題[6]。（5）培訓(xùn)成本昂貴：近年來，生物醫(yī)學(xué)模擬訓(xùn)練器在血管介入性手術(shù)訓(xùn)練過程中發(fā)揮著重要的作用[7]。虛擬現(xiàn)實模擬器是極有價值的技術(shù)，其具有虛擬和觸覺反饋功能，但是，虛擬現(xiàn)實模擬器價格昂貴，容易出現(xiàn)技術(shù)故障，需要定期校準和維護，是限制手術(shù)訓(xùn)練模擬器常規(guī)應(yīng)用的重要因素。

2 血管3D 打印技術(shù)支持

早期3D 打印技術(shù)只能制造骨骼等硬質(zhì)物質(zhì)，隨后隨著3D 打印材料學(xué)的技術(shù)進步，3D 打印可進一步制造肌肉、血管、脂肪以及皮膚等，為3D 打印技術(shù)輔助血管介入性手術(shù)奠定基礎(chǔ)。研究表明丙烯腈—丁二烯—苯乙烯，聚乳酸，聚氨酯樹脂和尼龍等常用來模擬血管[8]。

起初，3D 打印血管多為實性模塊，只具備血管外形，常用于解剖形態(tài)教學(xué)。隨后，通過3D 打印將逐層空心的血管壁疊加得到了完整的空心血管，但血管內(nèi)壁大多欠光滑。之后研究學(xué)者將失蠟鑄造法與3D 打印相結(jié)合，成功打印出空心血管，在一定程度上還原了血管的物理特性。O'Reilly 等[8]利用ZP151 粉末（主要成分二水合硫酸鈣）打印支撐結(jié)構(gòu)，在模型外涂抹硅樹脂材料制造空心硅樹脂動脈血管，同時血管內(nèi)灌注人造血（蒸餾水、甘油、交聯(lián)葡聚糖分子、血液染色液），用505S 型蠕動泵驅(qū)動人工血液灌注模擬血管器。通過調(diào)節(jié)流出管上的電阻器，并將動脈灌注壓力設(shè)置在80～100 mmHg 之間，記錄水柱的高度進行測量，該模型一定程度上真實的模擬了血管的脈搏及脈壓等生物物理特性。Sheu 等[9]等在玉米淀粉基質(zhì)脫?；A(chǔ)下利用光聚合物樹脂材料打印血管壁，并使用鹽水填充血管，同時在動脈流入處連接手動壓力球裝置，允許手動搏動。與O'Reilly 等[8]研究相比，在沒有使用電動泵和電阻的情況下，建立了手動高保真度血管脈動動力源，且更具經(jīng)濟效益。在Goudie 等[10]的研究中，使用聚乙烯醇可溶解支撐材料，打印成模型后浸泡去除聚乙烯醇，得到空心血管模型。但該模型血管的動脈壁不具備順應(yīng)性，不能準確地評估動脈壁穿孔的風(fēng)險，主要用于導(dǎo)絲和支架的插入和定位。3D 打印技術(shù)的最新進展可以直接打印中空柔性模型，它比常用的失蠟技術(shù)更快更準確，但是高昂的造價嚴重限制了其應(yīng)用。此外，彈性材料的打印精度也較差。為了解決剛性模型的不足以及彈性模型材料造價昂貴的問題，江啟迪等[11]采用3D 打印支撐結(jié)構(gòu)，再用硅膠翻模的方式打印血管，在提高精度的同時降低了彈性血管成本，同時實驗得出兩層硅膠翻模的血管壁兼顧了模型彈性和強度，與實際血管情況相接近。近年來，國內(nèi)外學(xué)者致力于構(gòu)建高仿真度的血管模型，特別是構(gòu)建能夠支持血管內(nèi)皮細胞長期良好生長的類血管組織，同時是現(xiàn)階段研究的難點與熱點。研究學(xué)者[12]發(fā)現(xiàn)基于海藻酸鈉組分，利用同軸3D 打印得到的血管網(wǎng)絡(luò)具有可控的機械性能，并具有良好的生物活性，通過細胞存活率及增殖情況等均與生物血管十分接近。雖然目前仿生血管因成本、技術(shù)等諸多問題難以實踐應(yīng)用，但依然可以看到其在血管介入性手術(shù)培訓(xùn)的強大優(yōu)勢和發(fā)展?jié)摿Α?/p>

3 教學(xué)實踐

隨著患者對預(yù)后和術(shù)后生活質(zhì)量的日益重視導(dǎo)致3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域備受關(guān)注。尤其在醫(yī)學(xué)院校中，住院醫(yī)師通過3D 打印技術(shù)進行手術(shù)模擬日益重要。

3.1 基于3D 打印技術(shù)輔助教學(xué)

3.1.1 心臟大血管介入

由于介入性血管內(nèi)治療失去了傳統(tǒng)教學(xué)的直觀體驗，因此，借助3D 打印模型研究心臟大血管腔內(nèi)治療方案可以直觀立體地看到血管腔內(nèi)的病變特點，使低年資醫(yī)師對腔內(nèi)各項解剖學(xué)參數(shù)能有更好的理解。Torres等[13]使用3D 打印技術(shù)開發(fā)了腹主動脈瘤的血管內(nèi)動脈瘤修復(fù)模擬系統(tǒng)，同時與高級醫(yī)師監(jiān)督下進行手術(shù)對比，發(fā)現(xiàn)通過模擬訓(xùn)練透視時間和總手術(shù)時間均明顯改善（總手術(shù)時間降低了29%，透視時間30%）。操作過程中，電離輻射過程縮短是一個重要的問題，而技能培訓(xùn)能有效的減少圍手術(shù)期錯誤，并減少手術(shù)所需的時間及血管造影數(shù)量，進而提高患者安全和手術(shù)效率。類似的，吳洲鵬等[14]構(gòu)建了3D 打印主動脈覆膜支架系統(tǒng)運輸模型并將其應(yīng)用于住院醫(yī)生住培教學(xué)當(dāng)中，從理論考核和問卷調(diào)查兩方面進行評估，并得出3D 打印模型對住院醫(yī)生培訓(xùn)具有更高效益。Goudie 等[10]在利用3D 打印血管模型對醫(yī)學(xué)生進行了插入導(dǎo)絲及支架的現(xiàn)場培訓(xùn)，培訓(xùn)效果確切。

綜上，采用3D 打印技術(shù)對危機生命的心臟大血管手術(shù)進行術(shù)前培訓(xùn)，使得住院醫(yī)生對手術(shù)流程更加熟悉，手術(shù)時間明顯減少，從而減少患者麻醉時間及輻射暴露時間，進而一定程度上預(yù)測或減輕并發(fā)癥發(fā)生的可能，最終有助于改善患者手術(shù)結(jié)局及預(yù)后。

3.1.2 外周血管介入

外周血管結(jié)構(gòu)復(fù)雜、解剖變異多見、介入治療過程抽象，一直以來是教學(xué)的難點，將3D 打印模型引入外周血管介入教學(xué)提供了一種新的教學(xué)思路。金昌等[15]開發(fā)了股動脈3D 打印模型，并用該模型指導(dǎo)學(xué)生進行Serdinger 穿刺技術(shù)訓(xùn)練。實驗結(jié)果顯示，使用該模型練習(xí)的學(xué)生在理論知識及技能操作考試中都優(yōu)于接受傳統(tǒng)教學(xué)的學(xué)生。Sheu 等[9]開發(fā)了與超聲兼容的3D 打印股動脈模型，該模型的高仿真定制可用于指導(dǎo)培訓(xùn)學(xué)員進行高難度介入性實踐操作。倪慧霞等[16]基于CTA 數(shù)據(jù)、3D 打印技術(shù)構(gòu)建顱內(nèi)血管模型，真實地復(fù)現(xiàn)了病變解剖結(jié)構(gòu)，并使用導(dǎo)絲、導(dǎo)管和支架來模擬實際操作過程，改善了臨床教學(xué)中住院醫(yī)生對于復(fù)雜血管病變的學(xué)習(xí)效果，明顯提高了學(xué)生對神經(jīng)系統(tǒng)介入教學(xué)的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)效率及對知識的掌握度。

綜上，借助3D 打印技術(shù)實現(xiàn)了由二維到三維、由平面到立體、由虛擬到高仿真的轉(zhuǎn)變，增強了學(xué)生對疾病解剖的認識，對其理論知識及實踐技能的提升有決定性意義。

3.2 聯(lián)合方法輔助教學(xué)

研究與實踐均已證明，3D 打印技術(shù)可以與不同的教學(xué)方法相結(jié)合，進一步提高培訓(xùn)效果。杜友利等[17-18]分別將PBL 模式（問題式學(xué)習(xí)模式）、Sandwich 模式（討論教學(xué)模式）與3D 打印技術(shù)相結(jié)合，分別證實了3D打印技術(shù)在理論和實踐教學(xué)中的良好輔助作用。張?zhí)煊畹萚19]借助3D 打印聯(lián)合多媒體傳統(tǒng)教學(xué)對住培生了解頭頸CTA 血管進行了研究，并從理論考試成績、學(xué)習(xí)興趣、影像學(xué)思維能力以及對教學(xué)方法的滿意度情況等層面進行評估，培訓(xùn)效果確切。尹任其等[20]將AR 技術(shù)與3D打印技術(shù)相結(jié)合,模擬血管介入穿刺術(shù)。不僅有效模擬患者的病理結(jié)構(gòu)，同時最大程度模擬真實的手術(shù)環(huán)境，學(xué)生理論成績、自我能力測評、滿意度等指標(biāo)均較傳統(tǒng)教學(xué)模式提高。

4 小結(jié)

在介入性手術(shù)實踐技能培訓(xùn)領(lǐng)域中，3D 打印技術(shù)已經(jīng)顯示出突出地實用性，以及切實可行的操作性與適宜性，培訓(xùn)效果確切，尤其體現(xiàn)在仿真程度高，制造自由度高、經(jīng)濟性好、可操作性好，3D 打印技術(shù)應(yīng)用于介入性手術(shù)的教學(xué)實踐具有較高的有效性與適宜性。目前3D打印應(yīng)用于醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域仍處于研究階段，未來的教學(xué)研究或?qū)嵺`均應(yīng)重視3D 打印技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域的標(biāo)準化與技術(shù)推廣，從而最大限度的發(fā)揮3D 打印的技術(shù)優(yōu)勢為醫(yī)學(xué)教育服務(wù)。