3D打印模型在椎间孔镜手术教学中的应用研究

发布时间：2020-10-21 08:45

　　 目的:本研究拟将3D打印模型用于椎间孔镜手术教学,探讨一种既具备立体化、直观全面化以及反复可操作性,又能有效提高该手术教学质量、缩短椎间孔镜手术学习周期的方法;方法:选取2015年9月至2016年12月在贵港市人民医院进行外科专业规范化培训学员50名,随机分为3D打印实验组和传统方法组,每组各25名。3D打印实验组通过采集患者腰椎MRI、CT及腰段血管CTA数据,再将数据以“Dicom”格式导入 Mimics 19.0、3-maticl 1.0 及 Geomagic studio 12.0等医学三维重建软件,经后处理精确形成所需腰椎骨性结构、软组织(肌肉、腰段血管、腰丛神经及腰段皮肤、脂肪)等目标蒙罩(mask),经计算后得到所需组织的数字化模型,再将该模型以“STL”格式导入3-matic 11.0、Geomagic studio 12.0等软件中进行修饰、配准及融合,从而获得一个包含腰椎椎体与腰段神经血管、肌肉、皮肤脂肪等软组织在内近乎完整的、精确的数字化模型,最后导入高精度全彩色打印机StratasysJ750,打印得到3D打印模型用于椎间孔镜手术教学,而传统组采用正常结构教学模型等传统方法进行教学,分析、对比两组学员的教学课时、理论知晓率、操作正确率、考核成绩及教学满意度等指标,并进行统计学分析。结果:1、通过将患者Dicom格式的MRI、CT及CTA数据导入Mimics 19.0、3-matic 11.0及Geomagic studio 12.0等医学三维重建软件,配准、融合后,成功建立了本研究所需的高仿真、精确的数字化腰椎模型;2、利用3D打印技术,顺利完成了高精度、色彩分明且质感贴近人体的3D打印实物腰椎模型的制作,并辅助完成了既定的椎间孔镜手术教学内容;3、实验组与传统组的各项目的理论知识知晓率实验组高于传统组,差异具有统计学意义(P0.05);各项步骤实验组的正确率优于传统组,差异具有统计学意义(P=0.03890.05);实验组的考核成绩明显优于传统组,差异有统计学意义(P=0.0120.05);调查表50份中收回49份,有效回收率98%,实验组的满意度得分高于传统组,差异有统计学意义(P0.01),实验组的各个项目教学耗时比传统组少,实验组的总体教学耗时为1.12±9.31min,少于传统组的88.80±9.152min,差异有统计学意义(P0.01);结论:1、将患者MRI与CT数据进行配准、融合及三维重建,可得到一个包含骨性结构及周围目标软组织的精确的数字化腰椎间盘突病理模型,通过结合高精度、多色彩及多材质打印的快速成型机,可制作出高仿真、精确的、色彩分明及质感贴近人体的3D打印实物腰椎模型;2、相比传统的教学模式,3D打印模型应用于淮间孔镜手术的教学模式更直观、全面立体化,具有明显的反复可操作性与优越性,显著改善了该手术技巧的教学效果,有效缩短椎间孔镜手术教学的学习周期。
【学位单位】：广西医科大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：G434;R-4
【部分图文】：

ｃ?ｄ??图１－１利用ＣＴ、ＭＲＩ扫描仪进行患者数据采集??ａ?．ＣＴ扫描仪ｂ?．ＭＲＩ扫描仪ｃ．真空垫ｄ．抽风机??Ｆｉｇｕｒｅ?１－１?Ｃｏｌｌｅｃｔ?ｔｈｅ?ｐａｔｉｅｎｔ／ｓ?ｉｍａｇｅ?ｄａｔａ?ｂｙ?ＭＲ?Ｓｃａｎｎｅｒ?ａｎｄ?ＣＴ?Ｓｃａｎｎｅｒ??ａ．?ＣＴ?ｓｃａｎｎｅｒ?ｂ．?ＭＲＩ?ｓｃａｎｎｅｒ?ｃ．?Ｖａｃｕｕｍ?ｐａｄ?ｄ．?Ｓｕｃｔｉｏｎ?ｆａｎ??ｌｉ??

通过区域增长、Ｅｄｉｔ?Ｍａｓｋ、Ｃａｃｕｌａｔｅ?ｉｎ?３Ｄ等工具进行骨性结构、皮肤及脂??肪等目标组织的三维重建，最后进行该模型的光滑、去噪处理，得到腰椎??骨性结构、皮肤、脂肪等组织的三维数字化模型（图１－２?ａ－ｃ），以“ＳＴＬ”格??式导出保存。??觀’?Ｖ?＾??ａ?ｂ?ｃ??图１－２?Ｍｉｍｉｃｓ?１９．?０中对骨性结构、皮肤、脂肪组织进行三维建模??ａ．骨性结构ｂ．皮肤ｃ．脂肪??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２?Ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ?ｔｈｅ?ｍｏｄｅｌｓ?ｏｆ?ｂｏｎｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，?ｓｋｉｎ，??ａｎｄ?ａｄｉｐｏｓｅ?ｔｉｓｓｕｅ?ｉｎ?Ｍｉｍｉｃｓ?１９．?０．??ａ．?Ｔｈｅ?ｂｏｎｙ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｂ．?Ｔｈｅ?ｓｋｉｎ?ｃ．?ｔｈｅ?ｆａｔ??２．３．２软组织建模同理，ＭＲＩ图像中，通过ｃｏｎｔｒａｓｔ菜单，设置图像的明亮??度与对比度，再根据解剖结构进行肌肉、椎间盘、神经根、韧带、血管等??软组织的一一辨认。点击（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄｉｎｇ），阈值统一调整至合适，得出所有??组织的蒙罩（ｍａｓｋ），该蒙罩包含目标组织和其他一些相近的组织，通过辨认??解剖结构，使用（ｅｒａｓｅ）、绘画（ｄｒａｗ）工具修正各蒙罩组织的边界，消除无关??边缘噪音及冗余数据，最终分割得出目标软组织的准确边界，再进行区域??１２??

模型在Ｍｉｍｉｃｓ?１９．０、３－ｍａｔｉｃ及Ｇｅｏｍａｇｉｃ?ｓｔｕｄｉｏ?１２．０中通过坐标系相对关系??及手动微调等方式，进行配准、融合［７］，从而形成一个近乎完整的、个性??化精确的腰椎数字化三维模型（图１－５?ａ，ｂ）。该模型形态基本与真实的腰椎??结构一致，边缘清晰，各组织层次分明，不仅可以进行任意角度的旋转、??观察及测量，还能够以“ＢＭＰ”、“ＡＶＩ”、“”及ＳＴＬ等格式保存输出，为教??学动画制作、快速成型及进行有限元分析或功能学处理提供精确的数据来??源。??１４??
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 ;3D打印骨科模型技术标准专家共识[J];中华创伤骨科杂志;2017年01期

2 赵琪;马晶;张新庆;孙静;胡广宇;赵宁;王宇萍;张抒扬;刘远立;;我国医护人员职业满意度及身心健康状况调查[J];中华医院管理杂志;2016年06期

3 周悦;黄华兴;王巍;王伟;骆金华;;3D打印技术在外科临床教学中的应用[J];南京医科大学学报(社会科学版);2015年06期

4 施凤伟;付军;郭征;;3D打印技术在骨科学肿瘤教学中的应用[J];中华医学教育杂志;2015年06期

5 孔金海;钟南哲;王君成;肖辉;孙正望;宋滇文;魏海峰;肖建如;;3D打印模型在临床八年制情景教学中的应用[J];基础医学教育;2015年10期

6 黄炎;孔雷;孔荣;李钟奇;于洋;马锐祥;;经皮椎间孔镜技术在脊柱微创手术中应用的研究进展[J];中华解剖与临床杂志;2015年05期

7 杨长伟;何大为;陈自强;朱晓东;李明;;基于三维打印技术的骨科教学模型设计及教学实施体会[J];中国医学教育技术;2015年05期

8 赵波;刘颖;邱晓文;贺西京;;3D打印技术在脊柱外科手术教学和训练中的应用[J];中国医学教育技术;2015年05期

9 王栋;赵波;李锋涛;卢腾;贺西京;;上颈椎3 D打印模型在骨科规范化培训教育中的应用[J];中国继续医学教育;2015年19期

10 杜恒;周晓玲;尹思;张党峰;马巍;白斌;;3D打印技术在骨科临床PBL教学中的应用[J];西北医学教育;2015年04期

本文编号：2849907