一种仿人体冠脉造影模型的制作

【摘要】目的：制作一种仿人体冠脉造影模型，以丰富教学形式多样化、供学生和青年医生动手实操的机会，加深学生对于冠脉造影这项技术理论知识的理解、加强青年医生对此项技术操作的熟练度并完善操作盲区。方法：模型组件包括全透明玻璃框、透明玻璃板、滑动件、连接板、可调节反射件、放置槽。透明的血管模型放置在透明玻璃板上的放置槽中，通过调节滑动件使得连接板带动可调节反射件在全透明玻璃框上来回移动，将透光反射源在透明的血管模型上来回移动观察透明的血管模型的血管介入情况。结果：该模型可模拟介入治疗时穿刺、植入导丝导管、注入造影剂等全过程，较贴合临床实际操作。结论：将该装置可用于学生练习、青年医生考核等多领域，可有效解决现有的教学方式不足、缺乏实践机会、相关训练装置简易等问题。

【关键词】冠脉造影模型；冠心病治疗；介入操作

Fabrication of a model simulating human coronary angiography

Wang YJ 1 Lu N 2 Mei LY 1 Chen YT3 Yang Jia QL 4*

Emergency and Trauma College of Hainan Medical University , Haikou, 570102; 2. National Demonstration Center for Experimental Clinical Skills Education of Hainan Medical University, Haikou, 570102; 3.School of Tropical Medicine of Hainan Medical University, Haikou， 570102, China;4.The Second Clinical College  of Hainan Medical University, Haikou，570102 )

【Abstract】Objective: To make a human coronary angiography model, so as to enrich the diversified teaching forms, provide students and young doctors with hands-on practice opportunities, deepen students' understanding of the theoretical knowledge of coronary angiography technology, strengthen young doctors' proficiency in this technology and improve the operation of blind areas. Methods: The model components include a fully transparent glass frame, a transparent glass plate, a sliding member, a connecting plate, an adjustable reflector and a placing slot. The transparent blood vessel model is placed in the placing slot on the transparent glass plate. By adjusting the slide, the connecting plate drives the adjustable reflector to move back and forth on the transparent glass frame, and the light transmittance reflection source is moved back and forth on the transparent blood vessel model to observe the vascular intervention of the transparent blood vessel model.Results: The model can simulate the whole process of puncture, wire guide catheter implantation and contrast agent injection during interventional therapy, which is suitable for clinical practice. Conclusion: The application of this device in the fields of student practice and young doctor assessment can effectively solve the problems of inadequate teaching methods, lack of practice opportunities and simple training devices.

【Key words】Coronary angiography model; Treatment of coronary heart disease; Intervening operation.

0.引言

冠心病、心肌梗死是我国心脏血管的常见病，而冠状动脉造影是诊断冠心病最准确的方法，医学界称其为“金标准”。这一方法可准确的检测出心血管的情况，并可同期完成经皮冠状动脉介入治疗，目前仍是其他检查手段无法替代的的重要方法。经皮冠状动脉介入技术（PCI）因其微创、省时、安全高效的特点，在 1967 年首次完成了经股动脉穿刺的冠状动脉造影，亦因此介入治疗技术在诊断冠心病的路上逐渐受到推广【1】。近年来获得了快速推广和普及，成为心内科医师掌握的重要技能之一[2]。但目前冠脉造影教学以学习PPT、观看视频教学为主，辅助以临床实习与见习，且因手术室空间狭小，每次最多带一名学员进入手术室旁观学习，教学资源局限，学生和青年临床医生缺少相关实践和实际操作练习机会。因此有必要设计一种仿人体冠脉造影模型，它可以促进冠脉造影技术教学的发展，使学生和青年医生更好的掌握冠脉造影技术的操作，加深他们对于理论知识和实践操作的理解。在分析冠心病教学中，增加实物联合应用教学相对于采用传统教学模式可显著提升教学效果【7】。因此本项目研发公开了一种仿人体冠脉造影模型。

1.研发背景

据统计，我国每年患冠心病的人数占患心脏疾病的比重很大，而诊断冠心病的“金标准”为冠脉造影。所以说熟练掌握冠脉造影这项技术对一位临床医生来说十分重要。但因为教学、临床等种种因素的限制，学生和青年医生缺少相关操作动手练习的机会。因此需要一种仿人体冠脉造影模型，该模型可使医学中理论性、抽象性的知识变得更加具体化、生动化，让学生更容易理解；同时它还丰富了冠脉造影的相关教学资源，供学生和青年医生直观学习及练习操作，提高教学质量又可为学生及青年医生提供了更多自主练习操作的机会，使学生和青年医生更好地进行学习及熟练掌握冠脉造影操作，提高实际操作技能，为临床工作打下良好的基础。

目前冠脉造影相关模型主要有一种冠状动脉造影路径数字模型[3]、一种便于造影的心脏冠脉模型[4] 、一种冠状动脉造影成像模型[5]等。《一种冠状动脉造影路径数字模型[3]》其通过简易的过程动画，在患者需要做冠状动脉造影检查时，将做好的冠状动脉造影过程动画放给患者和家属观看；《一种便于造影的心脏冠脉模型[4]》其安置可拆卸的冠状动脉以及瓣膜模型，采用金属材质制作，可以在X光下显影，但难度仅供初学者观察和学习；《一种冠状动脉造影成像模型[5]》优势在于通过成像引起学生的兴趣加深对冠状动造影所成图像理解。总之，现有的相关模型不能满足动手练习的需求，部分介入点位的选择较单一、布置的血管模型结构较简单且不可模拟动脉搏动，大部分偏理论化、可操作性较低，整体的操作难易程度与临床实际介入操作时有一定的差距；更有模型本体的光源反射位置无法调节，导致在观察透明的血管模型介入点位时不够方便、局限性较大、影响训练效率。因此，研发该《一种仿人体冠脉造影模型》可用于丰富学校的教学方式、完善青年医生练习设备、提供学生动手练习的机会，便于加深对冠脉造影的理解的操作。

2.结构设计

2.1模型硬件设计

本研究研发的仿人体冠脉造影模型，包括跳动的心脏模型、透明的血管模型、动脉搏动装置、模型组件、介入设备。模型结构如下图1-3所示。图1为本项目研发跳动的心脏模型的主视剖视图；图2为本项目研发透明的血管模型的俯视剖视图；图3为本项目研发的动脉搏动装置的俯视图；图4为本项目研发的模型组件的主视图。

2.1.1模型构成

该模型包括：跳动的心脏模型包括主动脉弓、左右冠状动脉【左主干（LM）；前降支（LAD）；左旋支（LCx）；左室后支（PL）；；钝缘支（OM）；锐缘支（AM）；后降支（PDA）】。透明的血管模型包括桡动脉、尺动脉、肱动脉、腋动脉、锁骨下动脉、椎动脉、胸廓内动脉、颈总动脉、股动脉、髂内动脉、髂总动脉、腰动脉、肾动脉、腹主动脉、胸主动脉、降主动脉。动脉搏动装置包括压力罐、机械搏动泵、橡皮管。模型组件包括全透明玻璃框、透明玻璃板、滑动件、连接板、可调节反射件、放置槽。介入设备包括穿刺针、鞘管、导管、导丝。

结合图1-图3，锁骨下动脉与主动脉弓固定连接；降主动脉与主动脉弓固定连接。其余血管按人体正常血管顺序依次连接：桡动脉→肱动脉→腋动脉→锁骨下动脉；股动脉→髂外动脉→髂总动脉→腹主动脉→胸主动脉。同时设有临床实际操作中容易误入的胸廓内动脉、肾动脉、腰动脉等。以上血管模型由塑料制成且均按人体正常血管直径、毗邻关系1：1复刻。跳动的心脏模型中可通过主动脉弓到达左右冠状动脉动脉，该模型可模拟正常人体心脏跳动规律因此可使介入过程时导丝导管到达冠状动脉的难易程度显著提升。动脉搏动装置其中所述压力罐与所述机械搏动泵固定连接，所述机械搏动泵与所述橡皮管固定连接。动脉搏动装置的橡皮管固定连接桡动脉和股动脉，模拟临床介入过程中桡动脉介入点和股动脉介入点搏动的效果，此装置可使穿刺过程更贴合临床同时也较为全面的模拟了人体动脉搏动的规律。

2.1.2模型组件

如图4所示，模型组件包括全透明玻璃框、透明玻璃板、滑动件、连接板、可调节反射件、放置槽。所述透明玻璃板与所述全透明玻璃框固定连接，并位于所述全透明玻璃框一侧；所述透明玻璃板具有放置槽，所述放置槽位于所述透明玻璃板一侧；所述半透光血管模型与所述透明玻璃板固定连接，并位于所述放置槽一侧；所述跳动的心脏模型与所述透明的血管模型固定连接，并位于所述放置槽相应位置；所述血管搏动装置与所述半透光血管模型中桡动脉和股动脉固定连接，模拟正常人体动脉的搏动。所述滑动件设置于所述全透明玻璃框内部；所述连接板与所述滑动件固定连接，并位于所述滑动件一侧；所述可调节反射件设置于所述连接板一侧。滑动件包括滑框、转杆、转帽和调节块，滑框与全透明玻璃框固定连接，并位于所述全透明玻璃框内部；转杆与全透明玻璃框转动连接，且与滑框转动连接，并位于全透明玻璃框一侧；转帽与所述转杆固定连接，并位于转杆一侧；调节块与转杆螺纹连接，且与连接板固定连接，并位于转杆一侧。

其中，可调节反射件包括反射凹镜、光源、伸缩件、转轴和平面反光镜，反射凹镜与连接板固定连接，并位于连接板一侧；光源与反射凹镜固定连接，并位于反射凹镜一侧；伸缩件设置于连接板一侧；转轴与伸缩件转动连接，并位于伸缩件一侧；平面反光镜与转轴固定连接，并位于转轴一侧。

其中，伸缩件包括套筒、伸缩杆和锁紧螺钉，套筒与连接板固定连接，并位于连接板一侧；伸缩杆与套筒滑动连接，且与转轴转动连接，并位于套筒一侧；锁紧螺钉与套筒螺纹连接，且抵触伸缩杆，并位于套筒一侧。其中，血管介入教学训练模型还包括负压吸盘，负压吸盘与所述全透明玻璃框固定连接，并位于全透明玻璃框一侧。

透明玻璃板与全透明玻璃框固定连接，并位于全透明玻璃框一侧.滑动件设置于全透明玻璃框内部；连接板与滑动件固定连接，并位于滑动件一侧；可调节反射件设置于连接板一侧。全透明玻璃框配合模型组件进行血管介入教学，透明的血管模型放置在透明玻璃板上的放置槽中，然后进行血管介入通过调节滑动件使得连接板带动可调节反射件在全透明玻璃框上来回移动，将透光反射源在透明的血管模型上来回移动观察透明的血管模型的血管介入情况，进行多方位透光观察达到提高教学训练效率的效果。

模型图：

 总图

股动脉；2.桡动脉；3.锁骨下动脉；4.连接板；5.滑动件；6.橡皮管；7.压力罐；8.机械搏动泵；9.可调节反射件；10.全透明玻璃框；11.透明玻璃板；12.主动脉弓；13.左右冠状动脉；14.放置槽；15.降主动脉。

模型的技术操作方法

冠状动脉造影多取四肢动脉为入路。股动脉穿刺为最早冠脉造影的穿刺点，因其管径较粗，位置表浅，背侧有骨盆支撑，且周围无重要的器官、组织所以其操作难易程度较简单、且较安全，但股动脉穿刺难于止血，如行股动脉为穿刺点术后需卧床24h。桡动脉穿刺区域通常选择桡动脉走行部为最直处进针，一般为桡骨茎突上1cm处。与经股动脉路径相比，经桡动脉行冠状动脉造影和介入治疗因具有血管创伤小、容易止血、并发症发生率低、术后即刻下床活动[6]，近年出现一个新的手术路径及经远端桡动脉路径（DRA）【9】，经研究表示DRA与桡动脉路径相比，桡动脉闭塞（radial 发生率更低【10】。因此经桡动脉路径目前已成为冠状动脉介入的首选路径，股动脉为备用穿刺点。当然有些患者不适合经桡动脉途径进行冠脉造影，可以选择股动脉途径，手术流程大体相似。

（1）冠脉造影桡动脉路径途径的血管（以右桡动脉为起始血管为例）

桡动脉→肱动脉→腋动脉→锁骨下动脉→头臂干→主动脉弓→升主动脉的主动脉窦→左、右冠状动脉

（2）冠脉造影股动脉路径途径的血管（以右股动脉为起始血管为例）

股动脉→髂外动脉→髂总动脉→腹主动脉→胸主动脉→降主动脉→主动脉弓→升主动脉的主动脉窦→左、右冠状动脉 

该仿人体冠脉造影模型的使用方法：首先选取介入穿刺点（桡动脉或股动脉）、并进行区域消毒，然后通过动脉搏动装置寻找搏动最强处进行穿刺，成功后撤出穿刺针，沿着导丝送入鞘管，植鞘过程中导丝尾端与鞘管同步前进，随后通过可调节反射件、透明玻璃板、滑动件观察导丝、导管走向是否正确，导丝尾端须退出鞘管芯尾端，待鞘管植入完成后退出导丝。植鞘完成后送入对应导丝、导管并根据所选的练习穿刺点途径相应血管。如在操作过程中发现误入非目标血管，需后撤导管、导丝到达合适位置，调整导丝头端角度，然后继续推进。当通过透明玻璃板观察查到导丝头端和导管到达主动脉弓后撤出导丝，随后调整导管角度并顺应跳动的心脏模型的跳动频率最终使其到达冠状动脉。操作者可根据不同训练需求通过调整透视观察设备来改变训练难易程度。

应用效果

本设计模型与自主开发冠脉造影介入术虚拟仿真系统结合使用，在学校虚拟仿真平台正式上线，并在临床教学中开展第二课堂活动，首批使用人数20人，教学反应较好，开设介入专业新技能实验课程，进一步将扩展技术上的改进及模型其他功能。

讨论

因心血管类疾病占我国所有疾病的比重较大，且冠心病又是心血管类疾病的常见病，而冠状动脉造影是诊断冠心病最准确的方法，因此需要临床医生或医学生熟练掌握该项技术。目前可供动手练习冠脉造影技术的模型较缺乏且结构单一，但本仿人体冠脉造影模型功能全面、结构贴合临床、可适用于不同临床水平的操作者。该仿人体冠脉造影模型解决了穿刺点单一、设置的血管简单等问题，同时增加了操作难度使得整体更贴合临床。该模型的推广可完善教学方式，加深学生对于冠脉造影这项技术理论知识和实践操作的理解还可加强青年医生对此项技术操作的熟练度完善操作盲区。且本模型也无需其他智能设备辅助，整体操作难易程度贴合临床实际，具有临床使用价值。

目前，在临床中会出现血管迂回、血管变异、血管狭窄等影响血管介入的因素出现，现阶段该模型血管制作均参考理想血管状态，日后会加入以上因素加大操作难度使使用效果更贴合临床。而且目前模型的只应用于心内科冠心病的血管造影，下一步我们将在扩大应用范围，增加血管造影的脑血管造影、肿瘤造影等，以及非血管造影的食管造影、胆道造影、子宫输卵管造影、支气管造影等，并与临床相关疾病的介入治疗相结合运用，让学生和青年医生们可以多方面学习各种造影技术，熟练操作技能与流程。 

参考文献：

[1]吴娟. 经皮冠状动脉介入治疗与护理[J]. 保健文汇,2020(22):45. DOI:10.3969/j.issn.1671-5217.2020.22.045.

[2]LU Y，ZHANG H，WANG Y，et al. Percutaneous coronary intervention in patients without acute myocardial infarction in China：results from the China PEACE prospective study of percutaneous coronary intervention[J]. JAMA Netw Open，2018，1（8）：e185446.

[3]邵珊珊,刘芳,秦迎.应用中国数字人系统建立冠状动脉造影路径模型的实验过程创新[J].现代职业教育,2018,No.117(15):112-113.

[4]邓琴,范又良,王戈,胡伟. 一种便于造影的心脏冠脉模型：CN214541278U.[P].2021-03-23.

[5]董晓光,魏巧玲,董晓云. 一种冠状动脉造影成像模型：CN215298613U.[P].2021-12-24.

[6]马龙,王芳,何胜虎,等. 经远端桡动脉入径在冠状动脉造影及介入治疗中的应用[J]. 实用临床医药杂志,2023,27(3):56-59.DOI:10.7619/jcmp.20222916.

[7]吕厚龙,常明,丛丽娜,等. 冠状动脉造影术联合心电图在冠心病教学中的实践应用分析[J]. 中国保健营养,2020,30(22):393.

[8]汪娇,李剑明.心肌灌注显像联合CT冠状动脉造影在冠心病患者中的预后诊断价值[J].医疗卫生装备，2019，40（07）-53+69.DOI：10.19745/j.1003-8868.2019168

[9]郑寅,蔡华秀,温咏康等.经远端桡动脉路径行冠脉造影和经皮冠状动脉介入治疗的安全性和有效性Meta分析[J].介入放射学杂志,2023,32(06):533-541.

[10]谢春萍.CT血管成像对冠心病患者经皮冠状动脉介入治疗术后支架内再狭窄的诊断价值[J].医疗装备,2023,36(15):84-87. 

*基金项目：2023年海南医学院大学生创新创业训练计划（202311810014）“仿人体冠脉造影模型的制作”；2022年海南医学院教学改革科研项目（HYYB202258)“基于Unity3D的冠脉造影术虚拟仿真教学在心内住院医师规范化培训中的应用”。

*作者简介：王艺锦，女，（2003-），本科在读，研究方向：临床医学。

*通讯作者：陆娜，女，（1987-）硕士，实验师，研究方向：临床技能教学