3D打印硅膠腦血管模型的應(yīng)用評價

作者：

林之琪I陳圣攀2洪韜2寧波創(chuàng)導三維醫(yī)療科技有限公司I錢愛翠3張鵬2

　　【摘要】目的評價3D打印硅膠血管模型及輔助訓練系統(tǒng)在神經(jīng)介入技能培訓過程中的使用價值。方法采集就診于神經(jīng)外科的顱內(nèi)動脈瘤患者的DSA數(shù)據(jù),使用高彈性透明硅膠7.J材料，應(yīng)用3D打印工藝進行顱內(nèi)動脈瘤模型打印。由6位專家分別對該模型的易用性、實用性、真實性等方面進行評估。結(jié)果專家給予3D打印硅膠血管模型比較好的評價，綜合評分（4.61±0.49）分，在易用性、實用性或是真實性方面的評分均大于4分。結(jié)論3D打印硅膠腦血管模型在易用性、實用性、h實性方面獲得了專家認可,未來有望成為神經(jīng)介入培訓過程中的重要環(huán)節(jié)。

　　【關(guān)鍵詞】3D打印；硅膠腦血管模型；神經(jīng)介入培訓；顱內(nèi)動脈瘤；模擬醫(yī)學；寧波創(chuàng)導三維醫(yī)療科技有限公司

　　顱內(nèi)動脈瘤是由于局部血管異常改變而引起的血管瘤樣擴張,已成為世界范圍內(nèi)醫(yī)療健康的負擔％顱內(nèi)動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)技能必須通過相當數(shù)量的病例和日積月累的訓練。隨著科學技術(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)學相關(guān)的虛擬實景訓練模擬器培訓成為近年來醫(yī)學培訓探索的熱點。筆者在對3D打印技術(shù)的學習探索中，

　　基金項目：國家重點研發(fā)計劃（2018YFB1107103）

　　作者單位：510220廣州，暨南大學醫(yī)學院附屬廣州紅十字會醫(yī)院神經(jīng)外科*;100053北京，首都醫(yī)科大學宣武醫(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的方式結(jié)合。通過提取醫(yī)學影像數(shù)據(jù)（如DSA、CTA等），重建三維模型并用不同材料進行打印，在體外重現(xiàn)患者顱內(nèi)血管的真實情況，無論對于術(shù)前規(guī)劃演練還是回顧培訓都有著重要的指導意義。本研究通過邀請神經(jīng)外科領(lǐng)域的專家，對首都醫(yī)科大學宣武醫(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、實用性、真實性等方面進行評價,進而評估其未來應(yīng)用于神經(jīng)外科介入教學培訓及考核的價值。

　　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)實研究中心）進行邊界分割和三維重建，并根據(jù)具體的應(yīng)用要求精簡模型結(jié)構(gòu)。使用開源切片軟件Cura 4.4.1（Ulitmaker,美國）進行切片處理，用于3D打印。

寧波創(chuàng)導

圖1 3D打印硅膠血管模型

　　該模型采用團隊自主研發(fā)的雙噴頭硅膠3D打印機（寧波創(chuàng)導三維醫(yī)療科技有限公司）打印制作。模型材料采用團隊自主研發(fā)的3D打印專用高透明硅膠（寧波創(chuàng)導三維醫(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)導入切片軟件中進行切片并生成3D打印機可識別的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.評估量表設(shè)計:評估量表的設(shè)計主要參考近年內(nèi)國內(nèi)外相關(guān)文獻，以Ryan等團的量表進行改良而得，計分方式主要參考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）。評價表格內(nèi)容包括:問題1：3D硅膠血管模型有較高的視覺、觸覺反饋真實性;問題2：3D硅膠血管模型有助于對動脈瘤、載瘤動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硅膠血管模型對于微導管的塑形具備指導性;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:會考慮購置部分或全套設(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)驗對3D打印硅膠血管模型進行評定及打分。匯總評價表后用EXCEL2010（Microsoft，美國）匯總及處理數(shù)據(jù)。

　　二、結(jié)果

　　針對評價量表中的6個問題，專家給予3D打印硅膠血管模型比較好的評價，綜合評分（4.61±0.49）分,6個問題的評分均在4分以上（表1）。

寧波創(chuàng)導

表1 3D硅膠血管模型的專家評分（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，在診治過程中耗費了大量的醫(yī)療資源。根據(jù)世界衛(wèi)生組織的統(tǒng)計數(shù)據(jù),在我國每年約182萬居民因腦血管疾病而死亡，甚至有專家認為腦血管疾病已超越癌癥成為危害國人健康的“第一殺手”囹。目前腦血管相關(guān)疾病被世界各國的研究人員視作熱點和焦點,伴隨著現(xiàn)代微創(chuàng)醫(yī)學理念的迅速普及,血管內(nèi)治療的方式成為解決腦血管病的有力手段。相對于傳統(tǒng)的開顱夾閉動脈瘤，年輕醫(yī)生掌握血管內(nèi)治療方式的技巧所需要的時間大大縮短，但這并不意味著可以放松或減輕對神經(jīng)介入科醫(yī)師的技能培訓叫不同于傳統(tǒng)意義上的“微創(chuàng)”手術(shù)，神經(jīng)介入手術(shù)對術(shù)者的技術(shù)以及對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)學相關(guān)的虛擬實景訓練模擬器培訓成為近年來醫(yī)學培訓探索的熱點％

　　通過利用模擬醫(yī)學技術(shù)模擬患者和臨床的真實場景進行教學實踐，這一方法被稱為模擬醫(yī)學教育，其安全性、可重復(fù)性、真實性成為這項教學技術(shù)的重要特點口。通過高度擬真化的介入模擬訓練設(shè)備,將傳統(tǒng)上倍受倫理爭議的以患者作為操作練習對象的培訓方式,改變成一種醫(yī)療安全系數(shù)更高且容錯率更高的新型培訓方式,將會成為神經(jīng)介入醫(yī)生培訓發(fā)展的新方向。虛擬培訓系統(tǒng)將醫(yī)療操作中的視覺、聽覺和觸覺反饋進行整合，使操作者即使在虛擬臨床環(huán)境中練習，也能獲得真實的反饋，可以更快地提高手術(shù)技巧同。美國的第一臺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)生在進行頸動脈血管支架手術(shù)前必須先在模擬環(huán)境中訓練叫本中心研發(fā)的3D打印硅膠血管模型，目的也是通過模擬真實的手術(shù)場景,去完善神經(jīng)介入培訓的過程。

　　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)的可模擬動脈搏動效果的股動脈穿刺模型，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，同時復(fù)刻呈現(xiàn)數(shù)字血管造影機的成像效果，進行神經(jīng)介入手術(shù)操作仿真模擬。受訓者通過這套設(shè)備可進行高質(zhì)量的技能培訓，使模擬操作手法、手感及流程更加接近真實場景,使受訓學員更快地進入到手術(shù)狀態(tài),更快、更全面深刻地領(lǐng)悟知識。該模型對人體血管，無論是股動脈、動脈弓的各個分叉部位或是顱內(nèi)動脈，都能做到高度仿真,并可直視下操作，利用該模型可進行股動脈穿刺置管、介入手術(shù)操作、并發(fā)癥的處理、驗證介入手術(shù)技術(shù)猜想等。該3D打印模擬器的優(yōu)點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絲和導管的狀態(tài)、相對位置、行進規(guī)律及立體關(guān)系，h于傳統(tǒng)培訓可以加快學員對實際手術(shù)操作流程的學習速度和宀3“、縮短學習曲線、減少手術(shù)并發(fā)癥、降低潛在的醫(yī)療風險、縮短X線暴露時間、降低培訓成本皿％教學醫(yī)院應(yīng)接受循證教學的方法,使臨床醫(yī)生的學習和工作更緊密地結(jié)合，同時也要注重學習評估,更好地促進臨床教學實踐的實施順利進行。

　　本次6位專家的評價結(jié)果顯示,3D打印硅膠血管模型在易用性、實用性或!'〔實性上的平均評分均在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、操作導引絲及導管。無論從難度上或是設(shè)備整體給予的力學反饋上,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)者操作時給予良好的力學反饋，這一點與導紹導管在血管里的行進特點相似。此外硅膠打印的材料可以做到等比例復(fù)制不同患者獨特的病理解剖結(jié)構(gòu)，無論是動脈瘤本身還是與載瘤動脈的相對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)高效率地更換訓練目標°經(jīng)血管內(nèi)治療動脈瘤中關(guān)鍵步驟之一是微導管的塑形，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管在:體內(nèi)的推送過程,進而可以很方便地去驗證微導管塑形的效果，并能近距離觀察微導管到達標定位置時的形態(tài),相比傳統(tǒng)學習方式更直觀和易懂，此外還提供了非常廣闊的試驗性操作空間。專家一致認為,3D打印的硅膠材質(zhì)模型在未來臨床教學有重要意義,是一種安全且充滿人文關(guān)懷的輔助培訓設(shè)備，對于有志于學習掌握介入相關(guān)技巧的青年醫(yī)生有著非常重要的意義。

　　從長遠來看，神經(jīng)介入放射學發(fā)展前景廣闊，是治療各類腦血管疾病的點鹽手段叫習。在當前社會快速發(fā)展階段，從教學模式的升級入手去調(diào)整醫(yī)師的培養(yǎng)結(jié)構(gòu),才能培養(yǎng)出更符合當前時代發(fā)展要求的神經(jīng)介入人才，進而推進神經(jīng)介入學科的整體水平發(fā)展，加速醫(yī)療衛(wèi)生實錢探索的前進步伐。

　　綜上所述,3D打印硅膠血管模型在易用性、實用性、真實性方面獲得了專家認可,未來有望成為神經(jīng)介入培訓過程中的逾要環(huán)節(jié)。但3D打印硅膠血管模型也有不足之處，如在導絲、導管行走過程中缺乏力學反饋,若能以力學數(shù)據(jù)呈現(xiàn)則更方便評估，此外本研究僅選取6位專家進行模型評價，樣本質(zhì)較小。今后隨著設(shè)備的不斷推廣，將進行更大樣本量的調(diào)査研究,進-步證明3D打印硅膠血管模型在神經(jīng)外科介入技能培訓中的使用價值。

　　利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突。

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