3D打印硅胶脑血管模型的应用评价

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　　【摘要】目的评价3D打印硅胶血管模型及辅助训练系统在神经介入技能培训过程中的使用价值。方法采集就诊于神经外科的颅内动脉瘤患者的DSA数据,使用高弹性透明硅胶7.J材料，应用3D打印工艺进行颅内动脉瘤模型打印。由6位专家分别对该模型的易用性、实用性、真实性等方面进行评估。结果专家给予3D打印硅胶血管模型比较好的评价，综合评分（4.61±0.49）分，在易用性、实用性或是真实性方面的评分均大于4分。结论3D打印硅胶脑血管模型在易用性、实用性、h实性方面获得了专家认可,未来有望成为神经介入培训过程中的重要环节。

　　【关键词】3D打印；硅胶脑血管模型；神经介入培训；颅内动脉瘤；模拟医学；宁波创导三维医疗科技有限公司

　　颅内动脉瘤是由于局部血管异常改变而引起的血管瘤样扩张,已成为世界范围内医疗健康的负担％颅内动脉瘤的治疗方式多为开颅夹闭术和/或血管内介入栓底术向。年轻医师想要掌握手术技能必须通过相当数量的病例和日积月累的训练。随着科学技术的发展，临床医生技能培养方式逐渐发生改变,医学相关的虚拟实景训练模拟器培训成为近年来医学培训探索的热点。笔者在对3D打印技术的学习探索中，

　　基金项目：国家重点研发计划（2018YFB1107103）

　　作者单位：510220广州，暨南大学医学院附属广州红十字会医院神经外科*;100053北京，首都医科大学宣武医院神经外科七271000泰安市中心医院综合办公室3

　　通信作者:张鹏,Email：2030921 qq.com

　　发现3D打印可以很好地与模拟器培训的方式结合。通过提取医学影像数据（如DSA、CTA等），重建三维模型并用不同材料进行打印，在体外重现患者颅内血管的真实情况，无论对于术前规划演练还是回顾培训都有着重要的指导意义。本研究通过邀请神经外科领域的专家，对首都医科大学宣武医院神经外科应用的硅胶材质颅内血管3D打印模型从易用性、实用性、真实性等方面进行评价,进而评估其未来应用于神经外科介入教学培训及考核的价值。

　　一、资料与方法

　　1.3D模型制作:采集DICOM格式的CT数据，切片层厚1 mm,使用E3D数字医疗建模软件V17.06（中南E3D数字医疗与虚拟现实研究中心）进行边界分割和三维重建，并根据具体的应用要求精简模型结构。使用开源切片软件Cura 4.4.1（Ulitmaker,美国）进行切片处理，用于3D打印。

图1 3D打印硅胶血管模型

　　该模型采用团队自主研发的双喷头硅胶3D打印机（宁波创导三维医疗科技有限公司）打印制作。模型材料采用团队自主研发的3D打印专用高透明硅胶（宁波创导三维医疗科技有限公司）制成,邵氏硬度为40A。将硅胶材料脱泡后装入料筒内，将数据导入切片软件中进行切片并生成3D打印机可识别的G代码，打印喷头在控制系统的控制下按照逐层打印的方式沉积硅胶,打印完成后送入固化箱中进行固化处理，并冲洗未固化材料后即可得到所需模型（图1）。

　　2.评估量表设计:评估量表的设计主要参考近年内国内外相关文献，以Ryan等团的量表进行改良而得，计分方式主要参考Likert量表的5分制（5分：非常同意;4分：同意;3分:不确定;2分:不同意;1分:非常不同意）。评价表格内容包括:问题1：3D硅胶血管模型有较高的视觉、触觉反馈真实性;问题2：3D硅胶血管模型有助于对动脉瘤、载瘤动脉及邻近血管相互之间关系的理解；问题3：3D硅胶血管模型能够很好地模拟手术过程；问题4：3D硅胶血管模型对于微导管的塑形具备指导性;问题5：通过使用3D硅胶血管模型可以使手术技巧得到提升;问题6:会考虑购置部分或全套设备。

　　3.数据的收集和分析:选取6位国内神经介入方向知名专家,通过亲自使用本中心制作的3D打印硅胶模型，结合自身经验对3D打印硅胶血管模型进行评定及打分。汇总评价表后用EXCEL2010（Microsoft，美国）汇总及处理数据。

　　二、结果

　　针对评价量表中的6个问题，专家给予3D打印硅胶血管模型比较好的评价，综合评分（4.61±0.49）分,6个问题的评分均在4分以上（表1）。

表1 3D硅胶血管模型的专家评分（分）

　　三、讨论

　　近几年脑血管病成为神经科急诊常见疾病,发病率较前呈现明显上升趋势，在诊治过程中耗费了大量的医疗资源。根据世界卫生组织的统计数据,在我国每年约182万居民因脑血管疾病而死亡，甚至有专家认为脑血管疾病已超越癌症成为危害国人健康的“第一杀手”囹。目前脑血管相关疾病被世界各国的研究人员视作热点和焦点,伴随着现代微创医学理念的迅速普及,血管内治疗的方式成为解决脑血管病的有力手段。相对于传统的开颅夹闭动脉瘤，年轻医生掌握血管内治疗方式的技巧所需要的时间大大缩短，但这并不意味着可以放松或减轻对神经介入科医师的技能培训叫不同于传统意义上的“微创”手术，神经介入手术对术者的技术以及对疾病的病理生理理解能力有着极高的要求。目前，临床医生技能培养方式逐渐发生改变,医学相关的虚拟实景训练模拟器培训成为近年来医学培训探索的热点％

　　通过利用模拟医学技术模拟患者和临床的真实场景进行教学实践，这一方法被称为模拟医学教育，其安全性、可重复性、真实性成为这项教学技术的重要特点口。通过高度拟真化的介入模拟训练设备,将传统上倍受伦理争议的以患者作为操作练习对象的培训方式,改变成一种医疗安全系数更高且容错率更高的新型培训方式,将会成为神经介入医生培训发展的新方向。虚拟培训系统将医疗操作中的视觉、听觉和触觉反馈进行整合，使操作者即使在虚拟临床环境中练习，也能获得真实的反馈，可以更快地提高手术技巧同。美国的第一台血管介入模拟器诞生于2001年，根据食品药品监督管理局要求,医生在进行颈动脉血管支架手术前必须先在模拟环境中训练叫本中心研发的3D打印硅胶血管模型，目的也是通过模拟真实的手术场景,去完善神经介入培训的过程。

　　3D打印硅胶血管模型在神经血管介入方面的应用体现：利用硅胶材质的可模拟动脉搏动效果的股动脉穿刺模型，结合3D打印技术等比例复制打印制作脑血管体外血管模型，同时复刻呈现数字血管造影机的成像效果，进行神经介入手术操作仿真模拟。受训者通过这套设备可进行高质量的技能培训，使模拟操作手法、手感及流程更加接近真实场景,使受训学员更快地进入到手术状态,更快、更全面深刻地领悟知识。该模型对人体血管，无论是股动脉、动脉弓的各个分叉部位或是颅内动脉，都能做到高度仿真,并可直视下操作，利用该模型可进行股动脉穿刺置管、介入手术操作、并发症的处理、验证介入手术技术猜想等。该3D打印模拟器的优点是可以使操作者更快、更直观地从三维角度熟悉血管解剖，掌握介入手术手法和技巧，由于其本身材质的透明特性可观察到导丝和导管的状态、相对位置、行进规律及立体关系，h于传统培训可以加快学员对实际手术操作流程的学习速度和宀3“、缩短学习曲线、减少手术并发症、降低潜在的医疗风险、缩短X线暴露时间、降低培训成本皿％教学医院应接受循证教学的方法,使临床医生的学习和工作更紧密地结合，同时也要注重学习评估,更好地促进临床教学实践的实施顺利进行。

　　本次6位专家的评价结果显示,3D打印硅胶血管模型在易用性、实用性或!'〔实性上的平均评分均在4分以上，得到了6位专家的一致肯定。3D打印硅胶血管模型设备具备良好的拟真性，从流程上符合常规介入手术的步骤一穿刺、置管、操作导引丝及导管。无论从难度上或是设备整体给予的力学反馈上,相较于前几代设备有较明显的提升，尤其是硅胶材质的软质特性能给在术者操作时给予良好的力学反馈，这一点与导紹导管在血管里的行进特点相似。此外硅胶打印的材料可以做到等比例复制不同患者独特的病理解剖结构，无论是动脉瘤本身还是与载瘤动脉的相对位置都能很好地呈现，且这一部分采用的是可替换的模块化组成方式，这样可以在有限的空间、"F.内高效率地更换训练目标°经血管内治疗动脉瘤中关键步骤之一是微导管的塑形，几位专家在试用过程中发现,硅胶材质的模型有着类似血管壁的弹性和呃应性，因此可以很好地模仿微导管在:体内的推送过程,进而可以很方便地去验证微导管塑形的效果，并能近距离观察微导管到达标定位置时的形态,相比传统学习方式更直观和易懂，此外还提供了非常广阔的试验性操作空间。专家一致认为,3D打印的硅胶材质模型在未来临床教学有重要意义,是一种安全且充满人文关怀的辅助培训设备，对于有志于学习掌握介入相关技巧的青年医生有着非常重要的意义。

　　从长远来看，神经介入放射学发展前景广阔，是治疗各类脑血管疾病的点盐手段叫习。在当前社会快速发展阶段，从教学模式的升级入手去调整医师的培养结构,才能培养出更符合当前时代发展要求的神经介入人才，进而推进神经介入学科的整体水平发展，加速医疗卫生实钱探索的前进步伐。

　　综上所述,3D打印硅胶血管模型在易用性、实用性、真实性方面获得了专家认可,未来有望成为神经介入培训过程中的逾要环节。但3D打印硅胶血管模型也有不足之处，如在导丝、导管行走过程中缺乏力学反馈,若能以力学数据呈现则更方便评估，此外本研究仅选取6位专家进行模型评价，样本质较小。今后随着设备的不断推广，将进行更大样本量的调査研究,进-步证明3D打印硅胶血管模型在神经外科介入技能培训中的使用价值。

　　利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突。