3D打印心脏模型在模拟左心耳封堵术临床教学中的应用价值

doi:10.3877/cma.j.issn.1672-6448.2024.06.009

中华医学超声杂志（电子版） ›› 2024, Vol. 21 ›› Issue (06) : 602 -607. doi: 10.3877/cma.j.issn.1672-6448.2024.06.009

教育培训

3D打印心脏模型在模拟左心耳封堵术临床教学中的应用价值

曹雨欣¹, 毛卓君², 梁嘉赫², 伊江浦², 张泽凯², 马文帅³, 陈云涛², 李晓倩², 张宇新⁴, 曹铁生², 袁丽君⁴^,^†(

)

^1. 710048　西安工程大学；710038　空军军医大学第二附属医院3D打印研究中心
^2. 710038　空军军医大学第二附属医院3D打印研究中心；710038　空军军医大学第二附属医院超声医学科
^3. 710038　空军军医大学第二附属医院心血管内科
^4. 710038　空军军医大学第二附属医院超声医学科

收稿日期:2024-03-27 出版日期:2024-06-01
通信作者: 袁丽君
基金资助:
陕西省重点研发计划"双链融合"增材制造（3D打印）重点研发计划(2021LLRH-08)

Application of three-dimensional printed heart model in simulating clinical teaching of left atrial appendage closure

Yuxin Cao¹, Zhuojun Mao², Jiahe Liang², Jiangpu Yi², Zekai Zhang², Wenshuai Ma³, Yuntao Chen², Xiaoqian Li², Yuxin Zhang⁴, Tiesheng Cao², Lijun Yuan⁴^,^†()

^1. Xi'an Engineering University, Xi'an 710048, China; 3D Printing Research Center, the Second Affiliated Hospital of Air Force Military Medical University, Xi'an 710038, China
^2. 3D Printing Research Center, the Second Affiliated Hospital of Air Force Military Medical University, Xi'an 710038, China; Department of Ultrasound Medicine, the Second Affiliated Hospital of Air Force Military Medical University, Xi'an 710038, China
^3. Department of Cardiovascular Medicine, the Second Affiliated Hospital of Air Force Military Medical University, Xi'an 710038, China
^4. Department of Ultrasound Medicine, the Second Affiliated Hospital of Air Force Military Medical University, Xi'an 710038, China

Received:2024-03-27 Published:2024-06-01
Corresponding author: Lijun Yuan

全文 ( ) 下载PDF ( ) 导出引用

引用本文：

曹雨欣, 毛卓君, 梁嘉赫, 伊江浦, 张泽凯, 马文帅, 陈云涛, 李晓倩, 张宇新, 曹铁生, 袁丽君. 3D打印心脏模型在模拟左心耳封堵术临床教学中的应用价值[J/OL]. 中华医学超声杂志（电子版）, 2024, 21(06): 602-607.

Yuxin Cao, Zhuojun Mao, Jiahe Liang, Jiangpu Yi, Zekai Zhang, Wenshuai Ma, Yuntao Chen, Xiaoqian Li, Yuxin Zhang, Tiesheng Cao, Lijun Yuan. Application of three-dimensional printed heart model in simulating clinical teaching of left atrial appendage closure[J/OL]. Chinese Journal of Medical Ultrasound (Electronic Edition), 2024, 21(06): 602-607.

目的

探讨基于超声和CT影像融合数据的3D打印心脏模型用于模拟左心耳封堵术在临床教学中的应用效果。

方法

2023年5月至2023年10月，选取空军军医大学第二附属医院心血管内科60名医师作为教学对象，根据随机分组的方式将受试者分为教学试验组和对照组，每组各30人。对照组采用理论授课的传统教学方法，教学试验组采用理论授课结合基于超声和CT影像融合数据的3D打印心脏模型模拟手术的教学方法。培训结束后，对全部医师进行理论考核、实践考核以及教学问卷调查评分，比较对照组与试验组的教学效果。

结果

在理论考核方面，教学试验组医师的理论笔试成绩（93.37±2.17）分高于对照组（90.13±2.13）分，差异有统计学意义（P < 0.0001）。在实践考核方面，试验组医师的实践操作成绩（90.03±1.85）分，高于对照组医师（84.73±3.76）分，差异有统计学意义（P < 0.0001）。教学问卷调查结果显示，教学试验组评分（24.73±0.64）分高于对照组评分（20.60±1.75）分，差异有统计学意义（P < 0.0001）。

结论

与传统教学方法相比，应用3D打印心脏模型进行体外模拟左心耳封堵术的教学方法有助于激发临床医师的学习兴趣，帮助临床医师快速掌握新技术、新器械的操作要点，提高问题分析能力并积累手术实践经验，值得进一步推广应用。

关键词: 3D打印, 医学影像融合, 心脏模型, 左心耳封堵术, 临床教学, 经食管超声心动图

Objective

To evaluate the value of three-dimensional (3D) printed heart model based on ultrasound and CT image fusion data in simulating the teaching of left atrial appendage closure procedure.

Methods

From May 2023 to October 2023, 60 physicians from the Department of Cardiology at the Second Affiliated Hospital of the Air Force Military Medical University were selected and randomly divided into either an experimental group or a control group, with 30 physicians in each group. The control group adopted Traditional methods of theoretical teaching were adopted in the control group, while the experimental group adopted a teaching method of combining theoretical teaching with simulation of surgery using 3D printed heart model based on ultrasound and CT image fusion data. After training, all physicians underwent a theoretical test, a practice test, and a teaching questionnaire survey, and the scores in each group were compared.

Results

The mean theoretical test score in the experimental group (93.37±2.17 points) was significantly higher than that of the control group (90.13±2.13 points; P < 0.001). The mean practice test score in the experimental group (90.03±1.85 points) was also significantly higher than that of the control group (84.73±3.76 points; P < 0.001). The score of the teaching questionnaire survey in the experimental group (24.73±0.64 points) was also significantly higher than that of the control group (20.60±1.75 points; P < 0.001).

Conclusion

Compared with traditional teaching methods, the teaching method of using 3D printed heart model to simulate left atrial appendage closure in vitro can stimulate the learning interest of clinical physicians, help them quickly grasp the key points of the procedure, improve their ability to analyze problems, and accumulate surgical practice experience.

Key words: Three-dimensional printing, Medical image fusion, Heart model, Left atrial appendage closure, Clinical teaching, Transesophageal echocardiography

图1 基于经食管超声心动图（TEE）和CT融合数据的3D打印心脏模型。图a为左心耳TEE影像数据；图b为左心耳TEE影像分割（红色标记为3D心脏建模描记标识）；图c为3D-TEE左心耳数字模型；图d为心脏CT影像数据；图e为心脏CT影像分割（红色标记为3D心脏建模描记标识）；图f为将基于TEE数据的3D左心耳影像融合至基于CT数据的3D全心数字模型中

图2 基于经食管超声心动图数据的3D打印左心耳模型

图3 3D打印心脏模型用于左心耳封堵术教学。图a为多角度观察左心耳解剖；图b为左心耳的测量方法（黄色虚线为左心耳的径深测量）；图c为根据左心耳大小、形态进行封堵器选择；图d为模拟左心耳封堵术手术路径（黄色箭头指向左心耳封堵器置入部位）注：LAA为左心耳；LA为左心房；LSPV为左肺上静脉；MV为二尖瓣；TV为三尖瓣；AV为主动脉瓣

表1 教学评估调查问卷表

考核指标	评分选项
考核指标	非常好（5分）	较好（4分）	一般（3分）	较差（2分）	非常差（1分）
教学方法和教学内容是否专业、全面
学生对教学方式的接受度和满意度
是否能充分调动学生对理论学习和实践操作的积极性
是否能够帮助学生建立左心耳封堵术的一体化诊疗思维
是否能够帮助医师建立对术中紧急事件的处置思路和操作规范

表1 教学评估调查问卷表

考核指标	评分选项
考核指标	非常好（5分）	较好（4分）	一般（3分）	较差（2分）	非常差（1分）
教学方法和教学内容是否专业、全面
学生对教学方式的接受度和满意度
是否能充分调动学生对理论学习和实践操作的积极性
是否能够帮助学生建立左心耳封堵术的一体化诊疗思维
是否能够帮助医师建立对术中紧急事件的处置思路和操作规范

表2 对照组与试验组医师专业理论考核成绩比较（

±s，分）

组别	例数	左心耳解剖	适应证与禁忌证	封堵器选择	手术路径	风险及疗效评估	总成绩
试验组	30	28.27±1.14	9.93±0.25	17.17±1.12	28.07±1.34	9.93±0.25	93.37±2.17
对照组	30	27.53±1.01	9.87±0.43	16.27±0.94	26.57±1.07	9.90±0.31	90.13±2.13
t值		2.636	0.726	3.317	4.792	0.460	5.820
P值		0.0113	0.7413	0.0040	< 0.0001	> 0.9999	< 0.0001

表2 对照组与试验组医师专业理论考核成绩比较（

±s，分）

组别	例数	左心耳解剖	适应证与禁忌证	封堵器选择	手术路径	风险及疗效评估	总成绩
试验组	30	28.27±1.14	9.93±0.25	17.17±1.12	28.07±1.34	9.93±0.25	93.37±2.17
对照组	30	27.53±1.01	9.87±0.43	16.27±0.94	26.57±1.07	9.90±0.31	90.13±2.13
t值		2.636	0.726	3.317	4.792	0.460	5.820
P值		0.0113	0.7413	0.0040	< 0.0001	> 0.9999	< 0.0001

表3 对照组与试验组医师实践操作考核成绩比较（

±s，分）

组别	例数	房间隔穿刺点	输送鞘走行	封堵器锚定和释放	总成绩
试验组	30	26.33±1.24	27.33±1.18	36.37±1.10	90.03±1.85
对照组	30	24.87±1.53	25.90±1.37	34.30±2.00	84.73±3.76
t值		4.085	4.329	4.956	6.930
P值		0.0003	< 0.0001	< 0.0001	< 0.0001

表3 对照组与试验组医师实践操作考核成绩比较（

±s，分）

组别	例数	房间隔穿刺点	输送鞘走行	封堵器锚定和释放	总成绩
试验组	30	26.33±1.24	27.33±1.18	36.37±1.10	90.03±1.85
对照组	30	24.87±1.53	25.90±1.37	34.30±2.00	84.73±3.76
t值		4.085	4.329	4.956	6.930
P值		0.0003	< 0.0001	< 0.0001	< 0.0001

表4 对照组与试验组问卷调查教学效果评估比较（

±s，分）

组别	例数	教学质量	学生满意度	学习兴趣	临床思维拓展	紧急事件处理	总成绩
试验组	30	4.96±0.18	4.97±0.18	4.97±0.18	4.93±0.25	4.90±0.30	24.73±0.64
对照组	30	4.27±0.45	4.20±0.40	4.07±0.45	4.10±0.61	3.97±0.49	20.60±1.75
t值		7.898	9.416	10.155	6.933	8.854	12.127
P值		< 0.0001	< 0.0001	< 0.0001	< 0.0001	< 0.0001	< 0.0001

表4 对照组与试验组问卷调查教学效果评估比较（

±s，分）

组别	例数	教学质量	学生满意度	学习兴趣	临床思维拓展	紧急事件处理	总成绩
试验组	30	4.96±0.18	4.97±0.18	4.97±0.18	4.93±0.25	4.90±0.30	24.73±0.64
对照组	30	4.27±0.45	4.20±0.40	4.07±0.45	4.10±0.61	3.97±0.49	20.60±1.75
t值		7.898	9.416	10.155	6.933	8.854	12.127
P值		< 0.0001	< 0.0001	< 0.0001	< 0.0001	< 0.0001	< 0.0001

7	Wang L, Chen XJ, Liang JH, et al. Preliminary application of three-dimensional printing in congenital uterine anomalies based on three-dimensional transvaginal ultrasonographic data [J]. BMC Womens Health, 2022, 22(1): 290.
8	樊镇阁, 徐臣年, 刘洋, 等. 3D打印技术辅助Liwen术式治疗梗阻性肥厚型心肌病8例 [J/OL]. 中华医学超声杂志(电子版), 2021, 18(3): 244-249.
9	Ye Z, Dun A, Jiang H, et al. The role of 3D printed models in the teaching of human anatomy: a systematic review and meta-analysis [J]. BMC Med Educ, 2020, 20(1): 335.
10	White SC, Sedler J, Jones TW, et al. Utility of three-dimensional models in resident education on simple and complex intracardiac congenital heart defects [J]. Congenit Heart Dis, 2018, 13(6): 1045-1049.
11	Saw J, Fahmy P, Spencer R, et al. Comparing measurements of CT angiography, TEE, and fluoroscopy of the left atrial appendage for percutaneous closure [J]. J Cardiovasc Electrophysiol, 2016, 27(4): 414-422.
12	Sedaghat A, Schrickel JW, Andrie R, et al. Thrombus formation after left atrial appendage occlusion with the Amplatzer Amulet device [J]. JACC Clin Electrophysiol, 2017, 3(1): 71-75.
13	汤跃跃, 张容亮, 杨寒凝, 等. 经食管实时三维及二维超声心动图在左心耳封堵围术期的应用 [J]. 中国医学影像学杂志, 2021, 4: 339-342.
14	吴春霞, 王静, 谌勉, 等. 经食管超声心动图在左心耳封堵术中的应用价值研究 [J/CD]. 中华医学超声杂志(电子版), 2019, 16(9): 641-646.
15	张胜男, 苗雅敬, 周虹, 等. 左心耳三维经食管超声测量与Watchman左心耳封堵器大小的相关性研究 [J/OL]. 中华医学超声杂志(电子版), 2024, 21(2): 107-113.
16	Fan Y, Yang F, Cheung GS, et al. Device sizing guided by echocardiography-based three-dimensional printing is associated with superior outcome after percutaneous left atrial appendage occlusion [J]. J Am Soc Echocardiogr, 2019, 32(6): 708-719.e1.
17	Li HK, Qing Y, Bing S, et al. Application of 3D printing technology to left atrial appendage occlusion [J]. Int J Cardiol, 2017, 231: 258-263.
1	Chung MK, Refaat M, Shen WK, et al. Atrial fibrillation: JACC Council perspectives [J]. J Am Coll Cardiol, 2020, 75(14): 1689-1713.
2	Madhavan M, Graff Radford J, Piccini JP, et al. Cognitive dysfunction in atrial fibrillation [J]. Nat Rev Cardiol, 2018, 15(12): 744-756.
3	Reddy VY, Doshi SK, Kar S, et al. 5 year outcomes after left atrial appendage closure: from the prevail and protect AF trials [J]. J Am Coll Cardiol, 2017, 70(24): 2964-2975.
4	Kavinsky CJ, Kusumoto FM, Bavry AA, et al. SCAI/ ACC/ HRS institutional and operator requirements for left atrial appendage occlusion [J]. Heart Rhythm, 2016, 13(5): e241-e250.
5	中国医师协会心血管内科医师分会结构性心脏病专业委员会. 简化式左心耳封堵术临床路径中国专家共识(2022) [J/OL].中华心血管病杂志(网络版), 2022, 5(1): 1-16.
6	侯娜, 郭奕彤, 张泽凯, 等. 基于空间-时间相关成像技术的胎儿心脏3D建模打印方法学研究及临床初步应用 [J]. 中华超声影像学杂志, 2022, 31(4): 295-303.

[1]	孔莹, 惠品晶, 丁亚芳, 周炳元. 基于对比增强经颅多普勒的多模式超声评估卵圆孔未闭相关右向左分流的临床意义[J/OL]. 中华医学超声杂志（电子版）, 2024, 21(04): 345-351.
[2]	张胜男, 苗雅敬, 周虹, 韩高洁, 王静, 仝巧立, 张旭倩, 尹洪宁. 左心耳三维经食管超声测量与Watchman左心耳封堵器大小的相关性研究[J/OL]. 中华医学超声杂志（电子版）, 2024, 21(02): 107-113.
[3]	刘竹影, 周年苟, 李泳祺, 周丽斌. 空心环钻联合手术导板用于自体牙移植牙槽窝备洞[J/OL]. 中华口腔医学研究杂志(电子版), 2023, 17(06): 418-423.
[4]	郭军, 刘伟, 焦诚, 乔一鸣. 耻骨上切口疝手术治疗现状与进展[J/OL]. 中华普通外科学文献(电子版), 2024, 18(01): 71-75.
[5]	孙一娇, 包润发, 董平, 束翌俊. PBL结合手术视频剪辑教学在普通外科专科医师规范化培训中的应用与思考[J/OL]. 中华普外科手术学杂志(电子版), 2025, 19(01): 96-99.
[6]	李伟, 宋子健, 邓龙昕, 赖衍成, 卢晓乐, 吉进, 陈锐. 三维重建技术在腹膜后肿瘤临床教学中的应用[J/OL]. 中华腔镜泌尿外科杂志(电子版), 2024, 18(02): 162-167.
[7]	钟文文, 李科, 刘碧好, 蔡炳, 脱颖, 叶雷, 马波, 瞿虎, 汪中扬, 王德娟, 邱剑光. 不同比例聚乳酸/丝素蛋白复合支架在兔尿道缺损修复中的疗效[J/OL]. 中华腔镜泌尿外科杂志(电子版), 2023, 17(05): 516-522.
[8]	张宗明, 董家鸿, 何小东, 王秋生, 徐智, 刘立民, 张翀. 老年胆道外科热点问题的争议与思考[J/OL]. 中华肝脏外科手术学电子杂志, 2024, 13(06): 754-762.
[9]	金浪, 石洁, 黄正, 贾永伟, 张建坡, 魏礼成, 金昊雷. 3D打印数字技术辅助改良交叉PVP对重度骨质疏松性椎体压缩骨折脊柱-骨盆矢状面平衡状态的影响[J/OL]. 中华老年骨科与康复电子杂志, 2023, 09(05): 263-268.
[10]	李新宇, 梁建锋. 3D打印导板辅助颅内血肿穿刺引流手术[J/OL]. 中华脑科疾病与康复杂志(电子版), 2024, 14(06): 382-384.
[11]	易端, 黄鑫, 罗启鹏, 李水清, 贾东林. 3D打印技术在腰椎微创介入手术教学中的应用[J/OL]. 中华临床医师杂志(电子版), 2024, 18(02): 190-194.
[12]	李瑞琦, 吴子健, 吴杰斌, 任佳佳, 翟敬芳. 动脉血气分析判读Excel电子表格在实习生酸碱平衡紊乱教学中的应用[J/OL]. 中华临床医师杂志(电子版), 2023, 17(06): 737-743.
[13]	储慧民. 心腔内超声心动图指导下的左心耳封堵术标准流程解析[J/OL]. 中华心脏与心律电子杂志, 2024, 12(01): 58-58.
[14]	汪颖, 李沛霖, 李泉, 周晓霞. 翻转课堂结合案例分析模式在消化内科临床教学中的运用[J/OL]. 中华胃肠内镜电子杂志, 2024, 11(01): 56-58.
[15]	王志, 曹强, 李赞林, 李义亮. 食管裂孔疝3D打印Dry Lab模型在腹腔镜手术教学中的应用[J/OL]. 中华胃食管反流病电子杂志, 2024, 11(01): 37-39.

阅读次数

全文

摘要

选择文件类型/文献管理软件名称

选择包含的内容

Application of three-dimensional printed heart model in simulating clinical teaching of left atrial appendage closure

模态框（Modal）标题

选择文件类型/文献管理软件名称

选择包含的内容

Application of three-dimensional printed heart model in simulating clinical teaching of left atrial appendage closure