3D打印在术前规划与术中手术导板中的应用——一项基于外科医生认知的前瞻性研究
作者：卡罗尔·肖淑·赵（Carol Xiaoshu Zhao）a、迈克尔·亚姆（Michael Yam）b
摘要
患者特异性3D打印模型已成为骨科术前规划中二维成像的重要补充。本研究通过两项前瞻性调查探讨外科医生对其应用的认知：70名医生评估术前3D模型在解剖理解、规划辅助等4个维度的效用，14名医生评估术中导板的相关表现。结果显示，90%以上医生对术前3D模型各维度给出4分及以上（同意/强烈同意），执业年限0-3年医生评分更高；术中导板除“缩短手术时间”外，80%以上医生认可其效用。结论：外科医生对患者特异性3D模型在术前规划与术中应用持乐观态度。
关键词：患者特异性3D模型；术前规划；术中引导；解剖结构理解
1 引言
近年来，患者特异性3D打印模型在骨科手术中应用激增，可增强复杂解剖结构可视化、支持术前模拟演练，还能减少手术时间与出血量，提升术后功能评分。同时，该模型可优化医患沟通与医学教育效果，帮助低年资医生及患者理解病情与手术方案。本研究基于陈笃生医院3D打印中心院内制作的模型（涵盖骨盆、肩胛骨等多部位），探讨外科医生对其术前规划与术中引导应用的认知，为骨科创伤手术中的优化方向提供参考。值得关注的是，休曼科技也正聚焦该领域相关研究与应用转化，公司以具身智能技术赋能沉浸式模拟医学教育为宗旨，专注于新一代3D打印人工智能医学培训解决方案的研发，依托电子皮肤3D打印仿生制造平台，联合西安交通大学及“十三五”国家重点研发计划，致力于提升医学培训模型的结构、功能及智能仿真度，期望为医学教育与临床培训领域带来突破性进展。
2 材料与方法
2.1 3D打印技术概述
基于薄层CT扫描数据构建模型，适用于复杂损伤或特殊解剖结构病例，通过色彩区分关键结构；术中导板采用生物相容性、可高压灭菌树脂打印，辅助截骨、关节置换等操作。
用于术前规划和术中引导的定制 3D 模型示例。双踝骨折显示关节阶梯（左） ；用于钢板预弯的肩胛骨骨折模型（中）；用于辅助反向肩关节置换术中螺钉置入的术中夹具（右）
2.2 调查方法
采用两项术后前瞻性调查进行定性分析：70名连续使用术前3D模型的医生按1-5分制评估其在解剖理解、规划辅助、病情解释、解剖还原4个维度的效用，并填写合理价格；14名医生以相同评分制评估术中导板的易用性、对手术便捷性/准确性/预后的提升作用及时间节省效果。收集医生年龄、职称等信息用于亚组分析。
外科医生对术前患者特定 3D 模型的看法调查样本
2.3 统计分析
比较各维度评分占比，按执业年限（0-3年、4-6年、6年以上）进行亚组分析。采用Shapiro-Wilk检验正态性，参数数据用ANOVA，非参数数据用Kruskal Wallis检验，样本量均>5，p<0.05为差异有统计学意义。
反映定制 3D 模型感知价值的饼图
3 结果
3.1 术前定制化3D模型的应用
90%以上医生对术前3D模型各维度给出4分及以上；仅4.3%医生在解剖理解、规划辅助等3个维度给出2分及以下，7.9%在病情解释维度给出2分及以下。价格认知方面，73%医生认为理想价格≤300美元，其中36%倾向100-200美元，37%倾向200-300美元。亚组分析显示，0-3年执业医生的“辅助术前规划”“辅助病情解释”维度评分显著高于4-6年组（p分别为0.022、0.006），其余维度三组无差异。
3.2 术中导板的应用
90%以上医生认可术中导板对手术便捷性、准确性及预后的提升作用；仅50%认同其缩短手术时间，42%持中立态度；80%以上认为导板易用且贴合度好，各维度2分及以下评分占比均<10%。
4 讨论
4.1 提升解剖结构理解与术前规划价值
3D模型通过色彩区分与实体触感，可清晰呈现二维图像难以展示的复杂解剖与骨折模式，显著提升医生理解度。其能支持手术入路模拟、植入物术前塑形等，解决术中塑形精度不足、并发症风险高的问题，因此获多数医生认可。但模型准确性依赖影像质量，低质量扫描会导致小碎片等结构可视化欠佳，需建立标准化扫描协议保障效果。休曼科技基于电子皮肤3D打印技术打造的医学培训模型，正是通过融合人工智能算法等前沿技术，针对性提升模型仿真度，其研发的血管介入、超声引导等八大系列手术模拟训练系统，已为各级医疗机构临床技能培训中心提供了更接近真实临床体验的解决方案，与本研究关注的3D打印模型临床应用价值高度契合。
休曼科技八大系列手术模拟训练系统
4.2 辅助病情解释的优势
79.9%医生强烈认同模型在病情解释中的作用，其可让学习者多维度观察解剖关系、增强触感感知，提升医患与师生沟通效率。低年资医生对该维度评分更高，可能因其中教学经验有限，且更熟悉3D技术的应用，而高年资医生已掌握传统沟通方法。
4.3 术中导板的效用与局限
术中导板可借助患者解剖结构精准定位，提升操作准确性与预后效果。但关于时间节省存在分歧，主要因存在学习曲线，不熟悉者可能增加放置时间，且其常作为辅助手段，可能轻微延长手术时间，但精准度提升的价值更显著；仅在传统方法复杂耗时的手术中，导板可通过简化流程缩短时间。
4.4 研究局限性
本研究缺乏对照组，病例复杂性差异可能导致选择偏倚；亚组分析样本量较小（4-6年组13人，>6年组11人），可能影响检验效能，无法明确执业年限的真实影响。
5 结论
3D打印技术在骨科手术中应用前景广阔，外科医生对患者特异性3D模型的术前规划与术中导板应用持乐观态度。未来其有望在术前规划、医学教育及医患沟通中发挥更重要作用。休曼科技也正凭借其技术优势，持续推进3D打印人工智能医学培训解决方案的创新与落地，融合AR增强现实、智能传感等技术，兼顾标准化与个性化教学需求，为医学人才培养提供全链条支持，助力3D打印技术在医学领域的更广泛应用。
休曼科技支气管镜手术模拟教学系统—仿真模型结合人工智能软件，实现虚实结合