04
2022
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08
3D打印硅膠腦血管模型的應(yīng)用評(píng)價(jià)
作者：
林之琪I陳圣攀2洪韜2寧波創(chuàng)導(dǎo)三維醫(yī)療科技有限公司I錢愛翠3張鵬2
【摘要】目的評(píng)價(jià)3D打印硅膠血管模型及輔助訓(xùn)練系統(tǒng)在神經(jīng)介入技能培訓(xùn)過程中的使用價(jià)值。方法采集就診于神經(jīng)外科的顱內(nèi)動(dòng)脈瘤患者的DSA數(shù)據(jù),使用高彈性透明硅膠7.J材料，應(yīng)用3D打印工藝進(jìn)行顱內(nèi)動(dòng)脈瘤模型打印。由6位專家分別對(duì)該模型的易用性、實(shí)用性、真實(shí)性等方面進(jìn)行評(píng)估。結(jié)果專家給予3D打印硅膠血管模型比較好的評(píng)價(jià)，綜合評(píng)分（4.61±0.49）分，在易用性、實(shí)用性或是真實(shí)性方面的評(píng)分均大于4分。結(jié)論3D打印硅膠腦血管模型在易用性、實(shí)用性、h實(shí)性方面獲得了專家認(rèn)可,未來有望成為神經(jīng)介入培訓(xùn)過程中的重要環(huán)節(jié)。
【關(guān)鍵詞】3D打?。还枘z腦血管模型；神經(jīng)介入培訓(xùn)；顱內(nèi)動(dòng)脈瘤；模擬醫(yī)學(xué)；寧波創(chuàng)導(dǎo)三維醫(yī)療科技有限公司
顱內(nèi)動(dòng)脈瘤是由于局部血管異常改變而引起的血管瘤樣擴(kuò)張,已成為世界范圍內(nèi)醫(yī)療健康的負(fù)擔(dān)％顱內(nèi)動(dòng)脈瘤的治療方式多為開顱夾閉術(shù)和/或血管內(nèi)介入栓底術(shù)向。年輕醫(yī)師想要掌握手術(shù)技能必須通過相當(dāng)數(shù)量的病例和日積月累的訓(xùn)練。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，臨床醫(yī)生技能培養(yǎng)方式逐漸發(fā)生改變,醫(yī)學(xué)相關(guān)的虛擬實(shí)景訓(xùn)練模擬器培訓(xùn)成為近年來醫(yī)學(xué)培訓(xùn)探索的熱點(diǎn)。筆者在對(duì)3D打印技術(shù)的學(xué)習(xí)探索中，
基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2018YFB1107103）
作者單位：510220廣州，暨南大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬?gòu)V州紅十字會(huì)醫(yī)院神經(jīng)外科*;100053北京，首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院神經(jīng)外科七271000泰安市中心醫(yī)院綜合辦公室3
通信作者:張鵬,Email：2030921 qq.com
發(fā)現(xiàn)3D打印可以很好地與模擬器培訓(xùn)的方式結(jié)合。通過提取醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)（如DSA、CTA等），重建三維模型并用不同材料進(jìn)行打印，在體外重現(xiàn)患者顱內(nèi)血管的真實(shí)情況，無論對(duì)于術(shù)前規(guī)劃演練還是回顧培訓(xùn)都有著重要的指導(dǎo)意義。本研究通過邀請(qǐng)神經(jīng)外科領(lǐng)域的專家，對(duì)首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院神經(jīng)外科應(yīng)用的硅膠材質(zhì)顱內(nèi)血管3D打印模型從易用性、實(shí)用性、真實(shí)性等方面進(jìn)行評(píng)價(jià),進(jìn)而評(píng)估其未來應(yīng)用于神經(jīng)外科介入教學(xué)培訓(xùn)及考核的價(jià)值。
一、資料與方法
1.3D模型制作:采集DICOM格式的CT數(shù)據(jù)，切片層厚1 mm,使用E3D數(shù)字醫(yī)療建模軟件V17.06（中南E3D數(shù)字醫(yī)療與虛擬現(xiàn)實(shí)研究中心）進(jìn)行邊界分割和三維重建，并根據(jù)具體的應(yīng)用要求精簡(jiǎn)模型結(jié)構(gòu)。使用開源切片軟件Cura 4.4.1（Ulitmaker,美國(guó)）進(jìn)行切片處理，用于3D打印。
圖1 3D打印硅膠血管模型
該模型采用團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的雙噴頭硅膠3D打印機(jī)（寧波創(chuàng)導(dǎo)三維醫(yī)療科技有限公司）打印制作。模型材料采用團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的3D打印專用高透明硅膠（寧波創(chuàng)導(dǎo)三維醫(yī)療科技有限公司）制成,邵氏硬度為40A。將硅膠材料脫泡后裝入料筒內(nèi)，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入切片軟件中進(jìn)行切片并生成3D打印機(jī)可識(shí)別的G代碼，打印噴頭在控制系統(tǒng)的控制下按照逐層打印的方式沉積硅膠,打印完成后送入固化箱中進(jìn)行固化處理，并沖洗未固化材料后即可得到所需模型（圖1）。
2.評(píng)估量表設(shè)計(jì):評(píng)估量表的設(shè)計(jì)主要參考近年內(nèi)國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，以Ryan等團(tuán)的量表進(jìn)行改良而得，計(jì)分方式主要參考Likert量表的5分制（5分：非常同意;4分：同意;3分:不確定;2分:不同意;1分:非常不同意）。評(píng)價(jià)表格內(nèi)容包括:問題1：3D硅膠血管模型有較高的視覺、觸覺反饋真實(shí)性;問題2：3D硅膠血管模型有助于對(duì)動(dòng)脈瘤、載瘤動(dòng)脈及鄰近血管相互之間關(guān)系的理解；問題3：3D硅膠血管模型能夠很好地模擬手術(shù)過程；問題4：3D硅膠血管模型對(duì)于微導(dǎo)管的塑形具備指導(dǎo)性;問題5：通過使用3D硅膠血管模型可以使手術(shù)技巧得到提升;問題6:會(huì)考慮購(gòu)置部分或全套設(shè)備。
3.數(shù)據(jù)的收集和分析:選取6位國(guó)內(nèi)神經(jīng)介入方向知名專家,通過親自使用本中心制作的3D打印硅膠模型，結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)對(duì)3D打印硅膠血管模型進(jìn)行評(píng)定及打分。匯總評(píng)價(jià)表后用EXCEL2010（Microsoft，美國(guó)）匯總及處理數(shù)據(jù)。
二、結(jié)果
針對(duì)評(píng)價(jià)量表中的6個(gè)問題，專家給予3D打印硅膠血管模型比較好的評(píng)價(jià)，綜合評(píng)分（4.61±0.49）分,6個(gè)問題的評(píng)分均在4分以上（表1）。
表1 3D硅膠血管模型的專家評(píng)分（分）
三、討論
近幾年腦血管病成為神經(jīng)科急診常見疾病,發(fā)病率較前呈現(xiàn)明顯上升趨勢(shì)，在診治過程中耗費(fèi)了大量的醫(yī)療資源。根據(jù)世界衛(wèi)生組織的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),在我國(guó)每年約182萬居民因腦血管疾病而死亡，甚至有專家認(rèn)為腦血管疾病已超越癌癥成為危害國(guó)人健康的“第一殺手”囹。目前腦血管相關(guān)疾病被世界各國(guó)的研究人員視作熱點(diǎn)和焦點(diǎn),伴隨著現(xiàn)代微創(chuàng)醫(yī)學(xué)理念的迅速普及,血管內(nèi)治療的方式成為解決腦血管病的有力手段。相對(duì)于傳統(tǒng)的開顱夾閉動(dòng)脈瘤，年輕醫(yī)生掌握血管內(nèi)治療方式的技巧所需要的時(shí)間大大縮短，但這并不意味著可以放松或減輕對(duì)神經(jīng)介入科醫(yī)師的技能培訓(xùn)叫不同于傳統(tǒng)意義上的“微創(chuàng)”手術(shù)，神經(jīng)介入手術(shù)對(duì)術(shù)者的技術(shù)以及對(duì)疾病的病理生理理解能力有著極高的要求。目前，臨床醫(yī)生技能培養(yǎng)方式逐漸發(fā)生改變,醫(yī)學(xué)相關(guān)的虛擬實(shí)景訓(xùn)練模擬器培訓(xùn)成為近年來醫(yī)學(xué)培訓(xùn)探索的熱點(diǎn)％
通過利用模擬醫(yī)學(xué)技術(shù)模擬患者和臨床的真實(shí)場(chǎng)景進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐，這一方法被稱為模擬醫(yī)學(xué)教育，其安全性、可重復(fù)性、真實(shí)性成為這項(xiàng)教學(xué)技術(shù)的重要特點(diǎn)口。通過高度擬真化的介入模擬訓(xùn)練設(shè)備,將傳統(tǒng)上倍受倫理爭(zhēng)議的以患者作為操作練習(xí)對(duì)象的培訓(xùn)方式,改變成一種醫(yī)療安全系數(shù)更高且容錯(cuò)率更高的新型培訓(xùn)方式,將會(huì)成為神經(jīng)介入醫(yī)生培訓(xùn)發(fā)展的新方向。虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)將醫(yī)療操作中的視覺、聽覺和觸覺反饋進(jìn)行整合，使操作者即使在虛擬臨床環(huán)境中練習(xí)，也能獲得真實(shí)的反饋，可以更快地提高手術(shù)技巧同。美國(guó)的第一臺(tái)血管介入模擬器誕生于2001年，根據(jù)食品藥品監(jiān)督管理局要求,醫(yī)生在進(jìn)行頸動(dòng)脈血管支架手術(shù)前必須先在模擬環(huán)境中訓(xùn)練叫本中心研發(fā)的3D打印硅膠血管模型，目的也是通過模擬真實(shí)的手術(shù)場(chǎng)景,去完善神經(jīng)介入培訓(xùn)的過程。
3D打印硅膠血管模型在神經(jīng)血管介入方面的應(yīng)用體現(xiàn)：利用硅膠材質(zhì)的可模擬動(dòng)脈搏動(dòng)效果的股動(dòng)脈穿刺模型，結(jié)合3D打印技術(shù)等比例復(fù)制打印制作腦血管體外血管模型，同時(shí)復(fù)刻呈現(xiàn)數(shù)字血管造影機(jī)的成像效果，進(jìn)行神經(jīng)介入手術(shù)操作仿真模擬。受訓(xùn)者通過這套設(shè)備可進(jìn)行高質(zhì)量的技能培訓(xùn)，使模擬操作手法、手感及流程更加接近真實(shí)場(chǎng)景,使受訓(xùn)學(xué)員更快地進(jìn)入到手術(shù)狀態(tài),更快、更全面深刻地領(lǐng)悟知識(shí)。該模型對(duì)人體血管，無論是股動(dòng)脈、動(dòng)脈弓的各個(gè)分叉部位或是顱內(nèi)動(dòng)脈，都能做到高度仿真,并可直視下操作，利用該模型可進(jìn)行股動(dòng)脈穿刺置管、介入手術(shù)操作、并發(fā)癥的處理、驗(yàn)證介入手術(shù)技術(shù)猜想等。該3D打印模擬器的優(yōu)點(diǎn)是可以使操作者更快、更直觀地從三維角度熟悉血管解剖，掌握介入手術(shù)手法和技巧，由于其本身材質(zhì)的透明特性可觀察到導(dǎo)絲和導(dǎo)管的狀態(tài)、相對(duì)位置、行進(jìn)規(guī)律及立體關(guān)系，h于傳統(tǒng)培訓(xùn)可以加快學(xué)員對(duì)實(shí)際手術(shù)操作流程的學(xué)習(xí)速度和宀3“、縮短學(xué)習(xí)曲線、減少手術(shù)并發(fā)癥、降低潛在的醫(yī)療風(fēng)險(xiǎn)、縮短X線暴露時(shí)間、降低培訓(xùn)成本皿％教學(xué)醫(yī)院應(yīng)接受循證教學(xué)的方法,使臨床醫(yī)生的學(xué)習(xí)和工作更緊密地結(jié)合，同時(shí)也要注重學(xué)習(xí)評(píng)估,更好地促進(jìn)臨床教學(xué)實(shí)踐的實(shí)施順利進(jìn)行。
本次6位專家的評(píng)價(jià)結(jié)果顯示,3D打印硅膠血管模型在易用性、實(shí)用性或!'〔實(shí)性上的平均評(píng)分均在4分以上，得到了6位專家的一致肯定。3D打印硅膠血管模型設(shè)備具備良好的擬真性，從流程上符合常規(guī)介入手術(shù)的步驟一穿刺、置管、操作導(dǎo)引絲及導(dǎo)管。無論從難度上或是設(shè)備整體給予的力學(xué)反饋上,相較于前幾代設(shè)備有較明顯的提升，尤其是硅膠材質(zhì)的軟質(zhì)特性能給在術(shù)者操作時(shí)給予良好的力學(xué)反饋，這一點(diǎn)與導(dǎo)紹導(dǎo)管在血管里的行進(jìn)特點(diǎn)相似。此外硅膠打印的材料可以做到等比例復(fù)制不同患者獨(dú)特的病理解剖結(jié)構(gòu)，無論是動(dòng)脈瘤本身還是與載瘤動(dòng)脈的相對(duì)位置都能很好地呈現(xiàn)，且這一部分采用的是可替換的模塊化組成方式，這樣可以在有限的空間、"F.內(nèi)高效率地更換訓(xùn)練目標(biāo)°經(jīng)血管內(nèi)治療動(dòng)脈瘤中關(guān)鍵步驟之一是微導(dǎo)管的塑形，幾位專家在試用過程中發(fā)現(xiàn),硅膠材質(zhì)的模型有著類似血管壁的彈性和呃應(yīng)性，因此可以很好地模仿微導(dǎo)管在:體內(nèi)的推送過程,進(jìn)而可以很方便地去驗(yàn)證微導(dǎo)管塑形的效果，并能近距離觀察微導(dǎo)管到達(dá)標(biāo)定位置時(shí)的形態(tài),相比傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式更直觀和易懂，此外還提供了非常廣闊的試驗(yàn)性操作空間。專家一致認(rèn)為,3D打印的硅膠材質(zhì)模型在未來臨床教學(xué)有重要意義,是一種安全且充滿人文關(guān)懷的輔助培訓(xùn)設(shè)備，對(duì)于有志于學(xué)習(xí)掌握介入相關(guān)技巧的青年醫(yī)生有著非常重要的意義。
從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，神經(jīng)介入放射學(xué)發(fā)展前景廣闊，是治療各類腦血管疾病的點(diǎn)鹽手段叫習(xí)。在當(dāng)前社會(huì)快速發(fā)展階段，從教學(xué)模式的升級(jí)入手去調(diào)整醫(yī)師的培養(yǎng)結(jié)構(gòu),才能培養(yǎng)出更符合當(dāng)前時(shí)代發(fā)展要求的神經(jīng)介入人才，進(jìn)而推進(jìn)神經(jīng)介入學(xué)科的整體水平發(fā)展，加速醫(yī)療衛(wèi)生實(shí)錢探索的前進(jìn)步伐。
綜上所述,3D打印硅膠血管模型在易用性、實(shí)用性、真實(shí)性方面獲得了專家認(rèn)可,未來有望成為神經(jīng)介入培訓(xùn)過程中的逾要環(huán)節(jié)。但3D打印硅膠血管模型也有不足之處，如在導(dǎo)絲、導(dǎo)管行走過程中缺乏力學(xué)反饋,若能以力學(xué)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)則更方便評(píng)估，此外本研究?jī)H選取6位專家進(jìn)行模型評(píng)價(jià)，樣本質(zhì)較小。今后隨著設(shè)備的不斷推廣，將進(jìn)行更大樣本量的調(diào)査研究,進(jìn)-步證明3D打印硅膠血管模型在神經(jīng)外科介入技能培訓(xùn)中的使用價(jià)值。
利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突。
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