杨静雅黄文华游少鹏谭晋川徐飘林琼萍田广永*

1南方医科大学第三附属医院耳鼻咽喉头颈外科(广州510630)

2南方医科大学解剖学教研室（广州510515）

颞骨的解剖位置深匿，不显露于体表，一直是医学生的教学难点之一。在医学教育和医学实践中，由于尸体标本资源有限，而一般的教学方法（如二维断层解剖照片）难以给医学生以直观、立体的空间概念，难以达到良好的教学效果。本研究根据颞骨内部空腔结构复杂的特点，选择三种目前较为适宜的3D打印技术制作3D颞骨教学模型，探讨更合适的颞骨教学模具。

1 材料与方法

1.1 CT扫描与三维重建

用64排螺旋CT分别对正常人的活体颞骨行薄层扫描，扫描层厚1mm，重建层厚0.5mm，层间距0.1mm。将原始CT图像（DICOM格式）导入Mimics 17.0软件，对感兴趣区域进行图像分割并对颞骨行三维重建，数据转存为.stl文件格式。重点重建听骨链（锤骨、砧骨、镫骨）、面神经、耳蜗、迷路、乙状窦、颈静脉窝、颈内动脉管等解剖结构。手动切割鼓室天盖及上鼓室外侧壁，保留完整外耳道，去除迷路、耳蜗、面神经迷路段致垂直段的周围骨质，暴露乳突气房、鼓窦、鼓窦入口、听小骨、迷路、面神经迷路段致垂直段及耳蜗等结构。

1.2 3-D打印模型及后处理

①采用光固化（SLA）技术，以树脂为原料，用普利生-锐打400打印机对重建结构进行打印；②采用三维印刷（3DP）技术，以石膏粉末为原料，用3D Systems Z-print 510打印机对重建结构以指定颜色进行打印；③采用喷射固化（Polyjet）技术，以树脂及Tango橡胶类材料为原料，用Stratasys J750打印机对重建结构以指定颜色进行打印，面神经选择以橡胶类材料打印、其余结构选择用树脂打印。②、③两种打印技术均可对指定结构进行彩色打印，从而对不同的解剖结构进行区分(听骨链、面神经、半规管、颈内动脉分别标记为蓝色、黄色、绿色、红色)。

2 结果

根据颞骨CT薄层扫描数据，Mimics17.0软件可清晰重建乳突气房、锤骨、砧骨、面神经、乙状窦沟、颈静脉窝、颈内动脉管、半规管管腔及耳蜗管腔等结构，镫骨足板未能全部显示，但通过调整CT阈值可手动重建出完整镫骨。

三种模型均外形逼真，外耳道、内听道、乙状窦沟等表面骨性标志明显(图1)。

Z-print510模型及J750模型的听骨链（锤骨、砧骨、镫骨）、面神经、半规管、咽鼓管等清晰可辨；锐打400模型由于呈色单一，颞骨内各标志性结构不能多种色彩同时打印，故标志性结构的辨认度较低(图 1)。

由于Z-print510模型及J750模型的乳突气房、鼓窦等空腔结构及中耳鼓室各壁（上壁已分割去除）呈现良好；锐打400模型的鼓窦、中耳鼓室各壁亦呈现良好，但乳突气房较多支撑结构，未能逼真重现乳突腔蜂窝状结构(图1)。

Z-print510模型的硬度较低，半规管结构触摸后容易断裂；J750模型及锐打400模型的硬度接近尸体标本颞骨骨质；J750模型同时使用树脂及橡胶类材料两种不同材料同时打印，其中，以橡胶类材料为原料打印的面神经软硬程度与软组织接近。

图1 3D颞骨教学模型。a1.锐打400模型正面观；a2.锐打400模型侧面观；b1.Z-print 510模型正面观；b2.Z-print 510模型侧面观；c1.J750模型正面观；c2.J750模型侧面观。1.半规管；2.面神经；3.外耳道；4.听骨链；5.乳突腔；6.乙状窦沟；7.颈内动脉。Fig.1 3D temporal bone models.a1.Positive view of Ruida 400 model;a2.Lateral view of Ruida 400 model;b1.Positive view of Z-print 510 model;b2.Lateral view of Z-print 510 model;c1.Positive view of J750 model;c2.Lateral view of J750 model.1.semicircular canal；2.facial nerve；3.external acoustic meatus；4.ossicular chain；5.mastoid cavity；6.sulci sinus sigmoidei；7.internal carotid.

SLA、3DP、Polyjet三种打印技术的特点以及分别利用这三种技术打印的3D颞骨教学模型的特点总结如下（表1、表2）。

表1 三种3D颞骨模型的特点Table 1 Characteristics of the 3D temporal bone models

表2 三种打印技术的特点Table 2 Characteristics of the rapid prototyping technology

3 讨论

通过对3D颞骨模型的形态仿真度、质地仿真度及结构辨认度三个方面的比较（表1），以及三种打印技术的比较（表2），可见，采用喷射固化（Polyjet）技术使用Stratasys J750打印的3D颞骨模型更具优势。

自3D打印技术问世以来，耳科、口腔科、神经外科[1]等相关研究领域较为活跃，由于这些部位解剖结构复杂，传统二维图片示教具有局限性[2]。颞骨解剖对耳科学领域至关重要[3]，但因尸体标本资源稀少，鲜有机会能够得到解剖练习[4,5]。3D打印技术发展迅速，各国学者先后尝试利用熔融沉积制造（FDM）、光固化印刷（SLA）、喷射固化成型（Polyjet）、激光选区烧结（SLS）、三维印刷（3DP）等打印工艺，力求制作出形态结构及质感与人体高度相仿的颞骨模型，用于教学及手术模拟[6-10]。

在教学过程中，耳科医师更加注重颞骨的临床解剖标志[11]，例如，颞线、顶切迹分别是中颅窝底、窦脑膜角的标示线，骨性外耳道后上方的道上棘、筛区是鼓窦的体表标志。面神经颞骨段是耳科医师最关心的解剖结构之一，也是中耳乳突手术的危险所在。以砧骨短脚深面、外半规管前下方可定位面神经锥段，镫骨上后方为面神经锥段及水平段，匙突后方为面神经水平段的前端，其前内上侧为膝状神经节。面神经手术通常是对面神经迷路段或膝状神经节至茎乳孔段的处理，熟悉面神经的定位标志及走向才能避免神经损伤。运用类似方法，通过解剖理论联系临床实践，结合可触摸的3D颞骨仿真模型，可提高初学者对颞骨解剖的兴趣，达到学以致用的目的。

颞骨的表面解剖细微,内部解剖复杂,可根据不同的教学目标,对3D颞骨模型进行任意切割，显露不同部位的颞骨解剖标志，加深学生对颞骨解剖的三维立体意识，达到更好的教学效果。

学利用Mimics软件对绝大部分颞骨内部结构的图像分割可自动识别，如锤骨、砧骨、面神经、耳蜗、迷路、乙状窦、颈静脉窝、颈内动脉管等，由于镫骨（尤其是镫骨底板、前脚、后脚）较细小，高分辨率CT的精度仍不足以完全显示，故必要时部分镫骨结构需人为标记后再行图像分割。若利用Micro CT对尸体标本薄层扫描可提高原始数据的精确度，避免人为标记及标记人员的经验等相关因素导致的偏差。当然，高分辨率CT对正常或病理的活体颞骨薄扫数据在临床上较易获得，方便数据的收集，从而应用于模型教学及病例分析中[12]。

随着科学技术的飞速发展，以计算机技术为主导的多种现代教学工具已用于实践。虚拟现实技术不断进步，近年来，世界各国相继设计开发出了基于力学反馈技术的计算机虚拟颞骨模型[13,14]。虚拟颞骨模型的使用不受时间、场地和次数的限制。为现代教学提供了形象、生动、方便、快捷的教学方法。

总之，颞骨教学有其特殊性,综合采用颞骨大体标本、二维断层解剖照片、3D颞骨模型、虚拟现实技术等多模式教学方式[15]，使医学生对颞骨解剖形成更加直观、立体的空间概念，以临床应用为目的，理论联系实际，才能达到较好的教学目的。