一种基于3D打印制作的输尿管软镜模拟学习方法技术

本发明专利技术公开了一种基于3D打印制作的输尿管软镜模拟学习方法，具体包括如下步骤：临床信息录入步骤、CTU信息采集步骤、CTU信息处理步骤、3D建模步骤、3D模型调整步骤、3D模型模拟手术训练步骤；本发明专利技术提供了一种缩短输尿管软镜学习曲线，增强实际操作，提高掌握技术效率的一种基于3D打印制作的输尿管软镜模拟学习方法。

A simulated learning method of ureteroscopy based on 3D printing

The invention discloses a simulation study method of flexible ureteroscopic 3D print based, and includes the following steps: step CTU, clinical information input information collection procedures, CTU information processing steps, 3D modeling steps, 3D model and 3D model to simulate the adjustment steps of surgical training steps; the invention provides a method for shortening ureteral soft mirror the learning curve, strengthen practical operation, improve the efficiency of the simulation technology of a master learning method of flexible ureteroscope based on the production of 3D printing.

【技术实现步骤摘要】
一种基于3D打印制作的输尿管软镜模拟学习方法
本专利技术涉及医疗领域，更具体的说，它涉及一种基于3D打印制作的输尿管软镜模拟学习方法。
技术介绍
泌尿系统结石是泌尿外科的常见病、多发病，据统计全世界约5%～15%的人患有泌尿系统结石疾病。输尿管软镜现已是治疗2cm以下肾结石及输尿管上端结石的主要治疗方式之一，具备微创、安全和有效等特点，被国内越来越多的泌尿外科医生使用和重视。近几年来，在国内，随着输尿管软镜新增开展单位和报道临床病例数目的不断增长，越来越多医生及医疗机构对该技术了解及重视，对于该技术的快速学习、掌握和推广势在必行。然而，难以熟练掌握、输尿管软镜易损坏等问题制约了其大规模推广应用，且其中约28％的损坏是由于外科医生对软镜和激光操作不当所致。其重要原因主要如下：1.一方面输尿管软镜学习曲线较长，且较输尿管硬镜更难操控。2.另一方面，输尿管软镜的训练方式有限且存在局限性，而考虑到患者的安全问题，少有在患者身上进行实践教学训练的报道。3.此外，由于伦理、成本及来源等问题，用动物或尸体进行外科训练的方式也不能得到较好的推广及应用。因此，对于初学者来说，迅速掌握管软镜仍是一个巨大的挑战。目前，我国医疗水平、科技水平、经济水平均较落后，且存在整体发展不平衡，国内泌尿外科内镜技术仍沿袭传统的“学徒式”方式，这种方式存在学习周期长、风险大等许多缺点，且直接在患者身上进行输尿管软镜训练，存在患者难以接受且风险较大等问题。因此有专家主张应用物理训练箱及动物模型等方式进行输尿管软镜模拟手术培训。但不管是物理训练箱还是动物，其解剖结构与病变情况与真实的患者相比仍存在极大不同，因此，在动物身上进行模拟的输尿管软镜手术，其效果会大打折扣。目前，虚拟现实模拟器是国内外报道最多的输尿管软镜手术训练方法。肖成林等探讨虚拟现实模拟器在初学者利用软性逆行性输尿管镜治疗肾结石之后的效果,结果显示虚拟现实模拟器可有效帮助初学者提高利用软性逆行性输尿管镜治疗肾结石的技能。Blankstein等也探讨了虚拟现实模拟器在输尿管软镜模拟训练中的应用，并认为输尿管镜虚拟模拟器可提高输尿管软镜模拟水平。但虚拟现实模拟器价格昂贵，并不适合大面积推广使用。因此，为了推广输尿管软镜这一技术，我们亟需找到一种经济有效的模拟学习方式。
技术实现思路
本专利技术克服了现有技术的不足，提供了一种缩短输尿管软镜学习曲线，增强实际操作，提高掌握技术效率的一种基于3D打印制作的输尿管软镜模拟学习方法。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：一种基于3D打印制作的输尿管软镜模拟学习方法，具体包括如下步骤：101）临床信息录入步骤：病患信息录入，所述信息包括年龄、性别、受教育年限、发病年龄、病程；所述病程由专科医师及以上级别资质的医师，分别依据病患的影像学检查来确定病患的病程；102）CTU信息采集步骤：让步骤101）所录入的病患在空腹情况下饮水200ml充盈肠道，再通过CTU扫描肾上极至耻骨联合处，并从头侧向足侧扫描，所述扫描的参数设置为层厚5mm、层距为5mm；先进行全尿路平扫，然后采用高压注射器从肘前静脉注入非离子型对比剂，总量为80ml至100ml，注射速度为2.0ml/S至2.5ml/S；在所述注射非离子型对比剂后，并采集横断位图像信息；所述CTU为泌尿系造影；103）CTU信息处理步骤：由步骤102）所得数据信息，使用医学影像算法平台和三维医学影像数据处理平台3DMed，来对数据信息进行处理，并去除肾脏周围脂肪组织，所述去除肾脏周围脂肪组织需达到98%以上,对脂肪组织边界地区采用降噪、平滑过度和精细填充方法处理，若去除未达标，会跳出提示框，从而可根据需要选择继续自动化处理或人工选取，来去除肾脏周围脂肪组织，所述自动化处理，其识别选取肾脏周围脂肪组织会比上一次识别选取的标准降低20%，直到去除率达标，自动化处理才会停止；保留并根据数据信息重建肾脏、集合系统、膀胱和输尿管，并对泌尿系统模型进行纵切、横切的不同断面重建，从而确定结石部位及其与周围结构的关系，然后对所有数据信息进行进一步的降噪、平滑以及精细填充处理；104）3D建模步骤：将步骤103）处理后的信息传输给3D打印机，并以高弹性塑料材料为基础通过3D打印机，打印出1:1的肾脏、输尿管和膀胱一体化泌尿系统模型；105）3D模型调整步骤：对步骤104）所建的3D模型，进行输尿管硬镜插管、输尿管软镜直接入镜、输尿管软镜肾集合系统检查、输尿管软镜碎石操作进行3D模型复原状况评估，并对不合适处的3D模型进行参数调整与材料选取改进；达到复原病患泌尿系统状况的标准，所述标准以对3D模型进行CTU扫描数据与步骤102）扫描数据的误差在2%；若数据比对结果显示误差大于2%，会跳出选择提示框，选择继续调整参数还是结束，并进行由专科医师及以上级别资质的医师根据3D模型进行评估；106）3D模型模拟手术训练步骤：将学习者在步骤105）建立的3D模型进行输尿管硬镜插管、输尿管软镜直接入镜、输尿管软镜肾集合系统检查、输尿管软镜碎石的操作学习，将所有操作的具体步骤进行记录。进一步的，所述信息包括年龄、性别、受教育年限、发病年龄、病程的信息存储到3D打印机的存储器上。进一步的，所述3D打印机采用ProJet5500型3D打印机。进一步的，所述高弹性材料的考虑数据为弹性、强度和硬度。进一步的，所述3D模型复原状况评估包括客观评估和主观评估，所述客观评估是根据3D模型经过输尿管硬镜插管、输尿管软镜直接入镜、输尿管软镜肾集合系统检查、输尿管软镜碎石操作后，其所留痕迹的深浅为参数进行评估，所述主观评估，通过专科医师及以上级别资质的医师，根据自身经验自身操作来进行评估3D模型复原状况。进一步的，所述输尿管硬镜插管、输尿管软镜直接入镜、输尿管软镜肾集合系统检查、输尿管软镜碎石操作时，在工具上都设置有重力传感器、陀螺仪传感器、加速度传感器，从而判断该3D模型各部位的弹性、强度、硬度是否还原病患现状。本专利技术相比现有技术优点在于：1，本专利技术利用3D打印技术，结合患者的CTU、MRU等三维重建资料，使用高弹性塑料打印出患者泌尿系统的1:1模型，并将其用于输尿管软镜模拟手术训练。2，本专利技术不仅能更真实的模拟患者的泌尿系统解剖，还能打印出合并肾脏解剖异常、结石病变、输尿管扭曲狭窄等特殊患者的个体化泌尿系统模型。在此个体化3D打印模型上进行训练，能让青年医生更加安全便利、快速有效的掌握输尿管软镜，有利于缩短输尿管软镜学习曲线，从而加快青年医生的成长，最终促进输尿管软镜技术在全国更广泛的推广。3，本专利技术帮助泌尿外科医师更好的掌握特殊解剖患者的输尿管软镜手术，从而降低医源性手术损伤，且能制定出更详细的手术方案，更精确评估术中可能存在的风险。4，本专利技术采用的高弹性材料最大的特点是，即使成型之后，仍然具有一定的柔韧性，支持外界用力挤压、扭曲，甚至是拉扯等，并且弹性十足，回弹效果十分出色，且具备防水功能。利用高弹性材料进行打印泌尿系统模型，能更真实的反应泌尿系统柔软、易变形且腔道内容物为液体的特点，更适合我们进行输尿管软镜模拟手术。附图说明图1为本专利技术一种基于3D打印制作的输尿管软镜模拟学习方法的示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进一步说本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于3D打印制作的输尿管软镜模拟学习方法，其特征在于，具体包括如下步骤：101）临床信息录入步骤：病患信息录入，所述信息包括年龄、性别、受教育年限、发病年龄、病程；所述病程由专科医师及以上级别资质的医师，分别依据病患的影像学检查来确定病患的病程；102）CTU信息采集步骤：让步骤101）所录入的病患在空腹情况下饮水200ml充盈肠道，再通过CTU扫描肾上极至耻骨联合处，并从头侧向足侧扫描，所述扫描的参数设置为层厚5mm、层距为5mm；先进行全尿路平扫，然后采用高压注射器从肘前静脉注入非离子型对比剂，总量为80ml至100ml，注射速度为2.0 ml/S 至2.5 ml/S；在所述注射非离子型对比剂后，并采集横断位图像信息；所述CTU为泌尿系造影；103）CTU信息处理步骤：由步骤102）所得数据信息，使用医学影像算法平台和三维医学影像数据处理平台3DMed，来对数据信息进行处理，并去除肾脏周围脂肪组织，所述去除肾脏周围脂肪组织需达到98%以上,对脂肪组织边界地区采用降噪、平滑过度和精细填充方法处理，若去除未达标，会跳出提示框，从而可根据需要选择继续自动化处理或人工选取，来去除肾脏周围脂肪组织，所述自动化处理，其识别选取肾脏周围脂肪组织会比上一次识别选取的标准降低20%，直到去除率达标，自动化处理才会停止；保留并根据数据信息重建肾脏、集合系统、膀胱和输尿管，并对泌尿系统模型进行纵切、横切的不同断面重建，从而确定结石部位及其与周围结构的关系，然后对所有数据信息进行进一步的降噪、平滑以及精细填充处理；104）3D建模步骤：将步骤103）处理后的信息传输给3D打印机，并以高弹性塑料材料为基础通过3D打印机，打印出1:1的肾脏、输尿管和膀胱一体化泌尿系统模型；105）3D模型调整步骤：对步骤104）所建的3D模型，进行输尿管硬镜插管、输尿管软镜直接入镜、输尿管软镜肾集合系统检查、输尿管软镜碎石操作进行3D模型复原状况评估，并对不合适处的3D模型进行参数调整与材料选取改进；达到复原病患泌尿系统状况的标准，所述标准以对3D模型进行CTU扫描数据与步骤102）扫描数据的误差在2%；若数据比对结果显示误差大于2%，会跳出选择提示框，选择继续调整参数还是结束，并进行由专科医师及以上级别资质的医师根据3D模型进行评估；106）3D模型模拟手术训练步骤：将学习者在步骤105）建立的3D模型进行输尿管硬镜插管、输尿管软镜直接入镜、输尿管软镜肾集合系统检查、输尿管软镜碎石的操作学习，将所有操作的具体步骤进行记录。...

【技术特征摘要】
1.一种基于3D打印制作的输尿管软镜模拟学习方法，其特征在于，具体包括如下步骤：101）临床信息录入步骤：病患信息录入，所述信息包括年龄、性别、受教育年限、发病年龄、病程；所述病程由专科医师及以上级别资质的医师，分别依据病患的影像学检查来确定病患的病程；102）CTU信息采集步骤：让步骤101）所录入的病患在空腹情况下饮水200ml充盈肠道，再通过CTU扫描肾上极至耻骨联合处，并从头侧向足侧扫描，所述扫描的参数设置为层厚5mm、层距为5mm；先进行全尿路平扫，然后采用高压注射器从肘前静脉注入非离子型对比剂，总量为80ml至100ml，注射速度为2.0ml/S至2.5ml/S；在所述注射非离子型对比剂后，并采集横断位图像信息；所述CTU为泌尿系造影；103）CTU信息处理步骤：由步骤102）所得数据信息，使用医学影像算法平台和三维医学影像数据处理平台3DMed，来对数据信息进行处理，并去除肾脏周围脂肪组织，所述去除肾脏周围脂肪组织需达到98%以上,对脂肪组织边界地区采用降噪、平滑过度和精细填充方法处理，若去除未达标，会跳出提示框，从而可根据需要选择继续自动化处理或人工选取，来去除肾脏周围脂肪组织，所述自动化处理，其识别选取肾脏周围脂肪组织会比上一次识别选取的标准降低20%，直到去除率达标，自动化处理才会停止；保留并根据数据信息重建肾脏、集合系统、膀胱和输尿管，并对泌尿系统模型进行纵切、横切的不同断面重建，从而确定结石部位及其与周围结构的关系，然后对所有数据信息进行进一步的降噪、平滑以及精细填充处理；104）3D建模步骤：将步骤103）处理后的信息传输给3D打印机，并以高弹性塑料材料为基础通过3D打印机，打印出1:1的肾脏、输尿管和膀胱一体化泌尿系统模型；105）3D模型调整步骤：对步骤104）所建的3D模型，进行输尿管硬镜插管、输尿管软镜直接入镜、输尿管软镜肾集合系统检查、输尿管...

【专利技术属性】
技术研发人员：诸靖宇，李瑞鹏，王彦彬，
申请(专利权)人：杭州市第三人民医院，
类型：发明
国别省市：浙江,33