3D打印导板技术在神经外科肿瘤定位教学中的应用.pdf
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1、 第3 7卷第5期2 0 2 3年1 0月 中 国 医 学 教 育 技 术 CH I NA ME D I C A LE DU C AT I ONT E CHNO L OG YV o l.3 7N o.5O c t.2 0 2 3收稿日期:2 0 2 2-1 2-1 2作者简介:王拓(1 9 7 2-),男,陕西合阳人,副主任医师,博士,研究方向为神经系统肿瘤的诊疗。通信作者:崔波(1 9 8 3-),女,西安人,主治医师,博士,研究方向为垂体腺瘤的诊疗。电话:1 8 0 8 9 2 5 3 3 1 3;E-m a i l:2 8 5 6 4 0 5 3 9q q.c o m3 D打印导板技术在
2、神经外科肿瘤定位教学中的应用王 拓,张北辰,周浩宇,杜昌旺,吴 伟,崔 波西安交通大学第一附属医院神经外科,西安 7 1 0 0 6 1【摘要】目的 探讨3 D打印导板技术在神经外科颅脑肿瘤定位教学中的应用效果。方法 纳入进修医师4 0名作为研究对象,随机分为对照组和试验组,每组各2 0名。对照组采用传统教学方法,授课内容主要以颅脑解剖知识及体表解剖标志为主;试验组在传统教学的基础上加入了3 D打印技术的教学内容,使其应用于颅脑肿瘤的定位。授课结束后,对两组学员实际的定位准确性进行比较,并且完成笔试内容,包括客观(理论考试)及主观(自我评价)两部分。结果 试验组定位的准确性高于对照组,两组肿瘤
3、中心位置差分别为(4.31.2)mm和(1 0.53.8)mm,差异具有统计学意义(P=0.0 0 9);相对于对照组,试验组学员对肿瘤定位的信心更强,差异具有统计学意义(P=0.0 0 4)。结论 3 D打印导板技术用于年轻医师肿瘤定位教学培训中,极大地提高了学员定位的准确性和自信心,减少了在实际手术中不必要的创伤。【关键词】3 D打印导板;颅内肿瘤定位;神经外科教学【中图分类号】G 4 3 4;G 6 4 2.0【文献标志码】A【文章编号】1 0 0 4-5 2 8 7(2 0 2 3)0 5-0 6 0 0-0 4【D O I】1 0.1 3 5 6 6/j.c n k i.c m e
4、t.c n 6 1-1 3 1 7/g 4.2 0 2 3 0 5 0 1 8A p p l i c a t i o no f 3 Dp r i n t i n gg u i d ep l a t e i nt h e t e a c h i n go f c r a n i o c e r e b r a l t u m o r l o c a l i z a t i o ni nN e u r o s u r g e r yWANGT u o,ZHANGB e i c h e n,ZHO UH a o y u,DUC h a n g w a n g,WU W e i,C U IB oD e
5、 p a r t m e n t o fN e u r o s u r g e r y,t h eF i r s tA f f i l i a t e dH o s p i t a l o fX i a nJ i a o t o n gU n i v e r s i t y,X i a n7 1 0 0 6 1,C h i n a【A b s t r a c t】O b j e c t i v eT oe x p l o r et h ee f f e c to f3 Dp r i n t i n gg u i d ep l a t ei nt h et e a c h i n go fc r
6、 a n i o c e r e b r a l t u m o rl o c a l i z a t i o ni n N e u r o s u r g e r y.M e t h o d s4 0p h y s i c i a n se n g a g e di na d v a n c e ds t u d i e sw e r es e l e c t e da s t h er e s e a r c ho b j e c ta n dr a n d o m l yd i v i d e di n t ot h ec o n t r o lg r o u pa n dt h ee
7、x p e r i m e n t a l g r o u p,w i t h2 0i ne a c h.I nt h ec o n t r o lg r o u p,t r a d i t i o n a lt e a c h i n gm e t h o d sw e r eu s e d,a n dt h e t e a c h i n gc o n t e n tm a i n l yf o c u s e do nk n o w l e d g eo f c r a n i o c e r e b r a l a n a t o m ya n db o d ys u r f a c
8、ea n a t o m y m a r k s.T h ee x p e r i m e n t a lg r o u pa d d e dt h et e a c h i n gc o n t e n to f3 D p r i n t i n gt e c h n o l o g yo nt h eb a s i so ft r a d i t i o n a lt e a c h i n g,s ot h a ti tc a nb ea p p l i e dt ot h el o c a l i z a t i o no fc r a n i o c e r e b r a l t
9、u m o r s.A f t e rt h el e c t u r e,t h ea c t u a lp o s i t i o n i n ga c c u r a c yo ft h et w og r o u p so fs t u d e n t s w a sc o m p a r e d,a n dt h e w r i t t e nt e s tc o n t e n t w a sc o m p l e t e d,i n c l u d i n g o b j e c t i v e(t h e o r e t i c a le x a m i n a t i o n
10、)a n d s u b j e c t i v e(s e l f-e v a l u a t i o n)p a r t s.R e s u l t s T h e a c c u r a c y o fl o c a l i z a t i o n i n t h e e x p e r i m e n t a l g r o u pw a s s i g n i f i c a n t l yh i g h e r t h a n t h a t i n t h e c o n t r o l g r o u p,a n dt h ed i f f e r e n c eo f t u
11、 m o r c e n t e r l o c a t i o nw a s(4.31.2)mm,(1 0.53.8)mmr e s p e c t i v e l y(P=0.0 0 9).C o m p a r e dw i t ht h ec o n t r o lg r o u p,s t u d e n t s i nt h ee x p e r i m e n t a lg r o u ph a ds i g n i f i c a n t l ys t r o n g e rc o n f i d e n c ei nt u m o rl o c a l i z a t i o
12、 n(P=0.0 0 4),a n dt h ed i f f e r e n c e w a ss t a t i s t i c a l l ys i g n i f i c a n t.C o n c l u s i o n sT h ea p p l i c a t i o no f 3 Dp r i n t i n gg u i d ep l a t et e c h n o l o g yi nt h et e a c h i n ga n dt r a i n i n go ft u m o rl o c a l i z a t i o nf o ry o u n g p h y
13、 s i c i a n sc a n g r e a t l yi m p r o v et h ea c c u r a c y a n d 第3 7卷第5期 王 拓等.3 D打印导板技术在神经外科肿瘤定位教学中的应用c o n f i d e n c eo f s t u d e n t s l o c a l i z a t i o n,a n df i n a l l yr e d u c eu n n e c e s s a r yt r a u m a i na c t u a l s u r g e r y.【K e yw o r d s】3 D p r i n t i n g
14、g u i d ep l a t e;i n t r a c r a n i a lt u m o rl o c a l i z a t i o n;t e a c h i n go fN e u r o-s u r g e r y 准确定位是神经外科颅内肿瘤手术的前提和保障,若要术前准确地标记出肿瘤体表投影位置需要经过专业的培训学习。传统的颅内肿瘤定位教学方法主要是依靠体表多处解剖标志1-2,如冠状缝、中央沟、外耳道、外侧裂等相对位置比较固定的解剖标志作为参考点,再结合术前影像资料中肿瘤与参考点的位置关系,从而确定肿瘤在体表的位置。然而,基于解剖标志等传统的颅内肿瘤定位的教学方法存在比较明显
15、的缺点,在一定程度上对神经外科医师的临床经验要求较高,因此对于经验不足的医师而言准确定位难度较大,容易造成较为明显的误差,且开颅范围更大、手术时间更长,存在损伤大、术后感染比例高、出血量较多等并发症,难以满足神经外科精细化、微创化的手术要求;同时也可能存在手术时间过长、肿瘤切除不完整等缺点3。随着医学技术的进步和微创理念的发展,神经外科手术方式也在不断地向着精准和微创的方向推进,即通过快速精确的术前定位,利用微创理念以期最大限度地切除病变组织,减少术后并发症的发生,而术前准确定位是达到此目标的前提保证。因此,对传统的颅内肿瘤定位方法提出了巨大的挑战。目前,随着数字技术和医学的联系变得日益紧密,
16、基于诸如3 DS l i c e r、I T K-S n a p等计算机辅助下的医学图像处理方法也得到了飞速发展,通过术前对颅脑肿瘤患者的多维度影像学资料的整合与处理,可以最大程度地模拟并还原颅内肿瘤的解剖位置、毗邻结构、形状大小等信息,极大地提高了神经外科医师在术前对颅内肿瘤的解剖学认知;不仅如此,通过利用工科3 D打印技术的优势并结合计算机辅助定位,使得虚拟化的视觉图像转化成实物化的3 D模型成为可能,可以在术前就能快速打印出相应的体表导板以帮助医师准确地锁定肿瘤在颅脑中的位置4。3 D手术导板是一种术前协助医师进行体表定位的工具,在导板的辅助下,术前可以快速地定位肿瘤位置、设计手术入路、
17、了解手术切除的深度与范围,以此提高术者的手术精确性、安全性和可靠性,简化复杂手术的步骤,缩短临床医师的学习曲线,加速年轻医师的成长;且与神经导航系统相比,3 D打印导板更加便捷且不受医院等级限制,在提高手术质量的同时节约了大量医疗成本,受到越来越多的临床医师的青睐5-7。目前,有文献报道,通过在3 DS l i c e r辅助下联合3 D打印导板及神经内镜技术,可以在术前快速地定位包括颅脑肿瘤及慢性硬膜下血肿等颅内病灶,在术中快速完成病灶清除,后经术后影像学证实颅内病灶完全清除8。因此,该技术的出现不仅帮助神经外科医师摆脱了人为经验的干扰,而且也能够有效地避免不必要的神经损伤,合理规划手术入路
18、,实现精确化、个体化和数字化的模式来诊断治疗个体患者。基于此,该文将3 D打印导板技术应用于神经外科肿瘤定位教学,以期在教学中更加精准地定位颅内肿瘤,并对比在传统教学模式和基于3 D打印导板技术的教学方法中的学习效果9-1 1。1 研究对象与方法1.1 研究对象纳入2 0 2 0年1月2 0 2 1年1 2月在西安交通大学第一附属医院神经外科进修医师4 0人为研究对象。通过报名顺序的单双数随机分为对照组和试验组,每组2 0人。研究对象对此次研究知情同意。1.2 3 D导板打印方法第一步,收集数据。选取需要术前准确定位的脑肿瘤患者,拷贝其头颅磁共振及头颅C T数据(1mm/层)备用。第二步,三维
19、模型构建。将拷贝的磁共振及C T数据传导入3 D-S l i c e r软件进行三维重建,重点重建颅内肿瘤、头面部皮肤、眉弓、鼻根等部位。第三步,设计并打印导板模型,根据手术实际情况设计需要打印的导板大小,且必须包括肿瘤体表投影位置,鼻根及眉弓等部位。使用A B S树脂作为打印材料,连接3 D打印机逐层打印。1.3 教学方法对照组采用传统定位方法教学,即由副主任以上医师授课,选取典型病例,如脑膜瘤的术前定位。第一步,掌握常用的解剖标志。如冠状缝体表定位(如图1 A所示)、外侧裂的体表定位(如图1 C所示)、中央沟的体表定位(如图1 C所示),以及经典的K r o n l e i n颅脑定位法(
20、如图1 D所示)。第二步,解读术前磁共振等影像资料(如图1 B所示)。按照比例尺测量肿瘤与常用解剖标志的距离。第三步,实际定位。患者头部备皮后,学员在患者头部用记106 中 国 医 学 教 育 技 术第3 7卷第5期号笔定位出肿瘤的大小位置(如图1 C所示)。试验组采用3 D导板打印技术定位方法教学,即由副主任以上医师授课,在传统定位方法授课的基础上,详细指导3 D导板打印定位技术。计算机和3 D打印机准备步骤如下:第一步,计算机上安装3 D-S l i c e r软件,按照3 D导板打印方法授课(具体方法见1.2);第二步,选取典型病例,学员在3 D-S l i c e r软件自主建模,完成
21、后连接3 D打印机逐层打印;第三步,验证结果,患者头部备皮后,使用3 D导板精准定位肿瘤体表投影(如图1 E、F所示)。A.a b线为冠状缝位置;B.展示对照组脑膜瘤患者术前影像资料;C.c d线为中央沟位置,c e线为外侧裂位置,黄线为肿瘤定位体表位置;D.经典的K r o n l e i n颅脑定位法;E.展示试验组脑膜瘤患者术前影像资料;F.3 D导板精准定位肿瘤体表投影图1 传统定位方法与3 D导板定位方法示意图1.4 教学效果评价首先,教学效果评价有一个评估指标,即两组学员的定位结果与手术开颅后的实际肿瘤位置是否一致,是验证定位是否准确的金标准,其具体衡量指标包括:肿瘤中心位置差,即
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