一种可用于蛛网膜下腔阻滞中不同药液比重教学的3D透明椎管模型研究

一种可用于蛛网膜下腔阻滞中不同药液比重教学的3D透明椎管模型研究

摘要：本文旨在通过设计一种基于3D打印技术的透明椎管模型，探讨其在蛛网膜下腔阻滞（腰麻）教学中模拟不同药液比重对麻醉平面扩散影响的应用价值。研究通过对比传统教学方法与模型辅助教学的效果差异，验证了该模型在提升学员对药液比重理解、操作技能及麻醉平面预测能力方面的显著优势。模型采用高透明度材料，结合分层染色技术，直观展示药液在椎管内的扩散路径，为临床麻醉教学提供了创新工具。

关键词：蛛网膜下腔阻滞；3D打印；透明椎管模型；药液比重；教学工具

一、引言

蛛网膜下腔阻滞（腰麻）作为区域麻醉的核心技术之一，广泛应用于下腹部、下肢及会阴部手术。其麻醉效果受药液比重、穿刺间隙选择、患者体位及注射速度等多因素影响，其中药液比重是决定麻醉平面扩散的关键参数。传统教学中，学员主要通过理论讲解和二维解剖图谱理解药液比重对麻醉平面的影响，缺乏直观的视觉化体验，导致临床实践中对麻醉平面预测的准确性不足。近年来，随着3D打印技术的成熟，基于解剖结构的3D模型在医学教育中逐渐普及，但针对蛛网膜下腔阻滞中药液比重动态扩散的模拟模型仍属空白。

本研究设计了一种基于3D打印技术的透明椎管模型，通过分层染色技术模拟不同比重药液在椎管内的扩散路径，旨在为学员提供更直观、可操作的教学工具，提升其对药液比重与麻醉平面关系的理解能力。

二、模型设计与制作

（一）模型设计原则

1.解剖准确性：模型需严格遵循人体椎管解剖结构，包括硬脊膜、蛛网膜、马尾神经等关键结构，确保模拟的真实性。

2.透明度与分层染色：采用高透明度材料（如光敏树脂），通过分层染色技术模拟不同比重药液（如重比重、等比重、轻比重）在椎管内的扩散路径。

3.可操作性：模型需设计可拆卸部件，便于学员观察药液扩散过程，并可结合注射模拟器进行穿刺操作训练。

（二）模型制作流程

1.数据获取：基于CT或MRI影像数据，通过医学图像处理软件（如Mimics）重建椎管三维模型。

2.3D打印：采用高精度3D打印机（如FormlabsForm3）打印透明椎管模型，分辨率不低于50μm，确保解剖细节的清晰呈现。

3.分层染色：根据药液比重差异，采用不同颜色（如红色、蓝色、绿色）对椎管内腔进行分层染色，模拟药液扩散过程。

4.组装与测试：将打印部件组装成完整模型，测试其密封性及操作流畅性，确保教学过程中的稳定性。

三、模型教学应用

（一）教学场景设计

1.理论讲解：结合模型展示椎管解剖结构及药液扩散原理，通过分层染色直观解释药液比重对麻醉平面的影响。

2.操作演示：教师利用模型进行穿刺操作演示，模拟不同体位（如坐位、侧卧位）下药液扩散路径的变化。

3.学员实践：学员分组进行模型操作训练，通过调整药液比重、注射速度等参数，观察并记录麻醉平面的变化。

（二）教学效果评估

1.问卷调查：对使用模型教学的学员进行问卷调查，评估其对药液比重理解、操作技能及麻醉平面预测能力的提升。

2.技能考核：通过模拟穿刺操作考核，对比传统教学组与模型教学组的操作准确率及麻醉平面预测准确性。

3.案例分析：收集临床麻醉案例，对比学员在模型训练前后的麻醉平面预测与实际操作结果的差异。

四、模型验证与优化

（一）模型验证

1.解剖验证：通过与真实椎管标本对比，验证模型解剖结构的准确性。

2.功能验证：邀请麻醉专家对模型的操作性、分层染色效果及教学实用性进行评估。

3.临床验证：在临床麻醉教学中应用模型，收集学员反馈，评估其在实际教学场景中的效果。

（二）模型优化

1.材料改进：探索更高透明度、更耐用的3D打印材料，提升模型的长期使用性能。

2.动态模拟：结合流体动力学软件（如ANSYSFluent），优化分层染色技术，实现药液扩散的动态模拟。

3.智能化升级：开发配套APP或虚拟现实（VR）系统，实现模型操作的数字化记录与分析，提升教学效率。

五、讨论

（一）模型教学的优势

1.直观性：通过分层染色技术，学员可直观观察药液比重对麻醉平面的影响，弥补传统教学的抽象性。

2.可重复性：模型可多次使用，学员可反复练习穿刺操作及药液扩散观察，提升操作技能。

3.安全性：模型教学避免了真实患者操作的风险，为学员提供了安全的训练环境。

（二）模型教学的局限性

1.成本较高：3D打印模型及分层染色技术的成本较高，限制了其大规模推广。

2.技术依赖：模型制作需依赖专业的3D打印设备及图像处理软件，对教学机构的技术能力提出要求。

3.临床差异：模型虽能模拟药液扩散过程，但无法完全复制真实患者的个体差异（如脊柱曲度、脑脊液流动等）。

（三）未来研究方向

1.多参数模拟：结合患者体位、注射速度等因素，开发多参数联合模拟的椎管模型，提升教学的全面性。

2.个性化定制：基于患者CT或MRI数据，定制个性化椎管模型，实现精准化教学。

3.临床转化：探索模型在临床麻醉培训中的应用价值，推动其从教学工具向临床辅助工具的转化。

六、结论

本研究设计了一种基于3D打印技术的透明椎管模型，通过分层染色技术模拟不同比重药液在椎管内的扩散路径，为蛛网膜下腔阻滞教学提供了创新工具。模型教学显著提升了学员对药液比重与麻醉平面关系的理解能力，增强了其操作技能及麻醉平面预测的准确性。尽管模型存在成本较高、技术依赖等局限性，但其直观性、可重复性及安全性优势为麻醉教学带来了革命性变革。未来，随着材料科学、计算机模拟技术的进步，模型有望实现多参数联合模拟及个性化定制，进一步推动麻醉教学的精准化发展。

文章结尾润色：

本研究通过创新性的3D透明椎管模型，为蛛网膜下腔阻滞教学提供了直观、可操作的教学工具，显著提升了学员对药液比重与麻醉平面关系的理解能力。模型的分层染色技术不仅模拟了药液扩散的动态过程，更通过可重复操作与安全训练环境，为学员的临床实践奠定了坚实基础。尽管模型的应用仍面临成本与技术依赖的挑战，但其在教学效果上的突破性进展已为麻醉教育的精准化发展开辟了新路径。未来，随着技术的不断迭代与优化，模型有望进一步融合多参数模拟与个性化定制，成为临床麻醉培训中不可或缺的辅助工具，为提升麻醉质量与患者安全贡献力量。

参考文献：

[1]王帅.不同比重麻醉药椎管内麻醉在老年股骨颈骨折全髋关节置换术中的应用[J].航空航天医学杂志.2021,(4).DOI:10.3969/j.issn.2095-1434.2021.04.016 .

[2]邹正斌.不同比重布比卡因用于肛肠手术腰麻的临床研究[J].浙江创伤外科.2021,(2).DOI:10.3969/j.issn.1009-7147.2021.02.096 .

[3]赵佳佳,李晓强,潘丽峰,等.3种不同比重布比卡因用于剖宫产麻醉的临床效果观察[J].当代医学.2020,(11).DOI:10.3969/j.issn.1009-4393.2020.11.010 .

[4]毛振鲁.应用3D打印透明人体椎管腔模型研究局麻药容量因素对腰麻平面调控的效应[D].2022.

[5]吉林大学.应用3D打印技术制造人体透明椎管管腔的方法 :CN202110991779.8[P].2021-08-27.