3D打印硅胶脑血管模型的应用评价

Aug 04, 2022
林之琪I陈圣攀2洪韬2宁波创导三维医疗科技有限公司I钱爱翠3张鹏2

【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。

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