新型食管裂孔疝3D打印物理模擬器在腹腔鏡培訓中的應用價值評價

阿力木江·麥斯依提，阿里木江·吾布力卡斯木，麥麥提艾力·麥麥提明，李慧靈，王 儉，艾克拜爾·艾力，蔣 媛，克力木

(1.新疆維吾爾自治區人民醫院普通外科，新疆 烏魯木齊，830001；2.新疆醫科大學研究生院)

3D打印技術誕生于20世紀80年代初至中期，最早的3D打印形式為立體平版印刷，是由查爾斯·赫爾在20世紀80年代初研發的[1]，由于計算能力的提高、專利到期及技術成本的下降，3D打印最近出現了復興。既往此技術在骨科使用比較普遍，并在提高骨科醫生技術水平方面起到至關重要的作用，因此受到廣大醫生的一致好評。然而既往因腹內臟器模擬逼真度較低、難度系數較高，在腹腔鏡手術中應用較少，國內外相關報道較少[2]。食管裂孔疝在膈疝中最常見，達90%以上，與傳統胸腹聯合切口手術相比，因腹腔鏡食管裂孔疝修補術疼痛輕、發病率低、住院時間短，已成為首選術式[3-4]。然而腹腔鏡食管裂孔疝修補術在技術上具有挑戰性，其中巨大食管裂孔疝的難度更大，復發率更高。有學者報道，專科中心腹腔鏡修補巨大食管旁食管裂孔疝的復發率為12%～16%，再手術治療癥狀性復發者占3.2%～11.0%[5]。因此培養腹腔鏡食管裂孔疝修補術的外科醫生成為臨床工作中的難題之一。目前腹腔鏡下食管裂孔疝修補術的培養模式仍以傳統模式為主，培養對象嚴重缺乏操作機會。相比之下，大多數住院醫師感興趣的培訓包括模擬工具及其他更為形象的方法[6]。使用組織模體的模擬培訓工具已成為有效工具[7]。因此為了將標準的腹腔鏡下食管裂孔疝修補術推廣至新疆及全國各地，新疆維吾爾自治區人民醫院微創外科啟動通過新型食管裂孔疝3D打印物理模擬器培養人才模式，來自新疆的20位副主任醫師職稱以上的外科醫生參與本項目。本研究目的在于分析新型食管裂孔疝3D打印物理模擬器在腹腔鏡食管裂孔疝修補術中的應用價值。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 該模型是由手術室正式使用的腹腔鏡設備與手工器官復制品模型組成，可再現幾乎與腹腔鏡手術相同的情景，學習者可練習腹腔鏡食管裂孔疝修補術所需的手術程序。3D打印的物理模擬器復制了在氣腹壓力下的軀干及隆起的腹壁，使用一種有彈性的硬硅橡膠復制皮膚的可彎曲性，模擬腹壁置有多孔，以便于穿刺Trocar(圖1)。

圖1 模擬器官及腹腔內實圖

1.2 方法 來自新疆及全國各地的副主任醫師職稱以上的20位醫生參與為期1個月的培訓，器械負責者在3D打印技術制造的手工器官復制品模型中手動制造各種類型的食管裂孔疝模型，參與者在具有豐富經驗指導員的幫助下進行反復、分步驟操作練習。器官復制品模型被固定在3D打印的物理模擬器內。參與者可使用相同的腹腔鏡塔及手術室中使用的器械。練習腹腔鏡下食管裂孔疝修補術的每一個步驟：套管針的定位與放置、疝囊的識別與復位、縫合食管裂孔、網片放置與固定、切口縫合。共20名普通外科醫生接受了模擬器使用的標準化指導，并模擬腹腔鏡食管裂孔疝修補術，此前未使用過此模擬器。參與者均按實際操作過程進行訓練。參與者被配對分配為訓練員(外科醫生與觀察者)，有120 min的時間進行腹腔鏡下食管裂孔疝修補術。手術使用普通的腹腔鏡器械、縫合器與縫合線、肝臟拉鉤等。采用4～5 mm鋼絲自制成“S”形，進入腹腔，套上橡膠管作為左肝拉開器，無損傷牽拉肝臟，暴露賁門。先離斷肝胃韌帶，游離胃底至左膈肌腳根部，于胃小彎上部打開小網膜，打開食管下段的膈食管筋膜，游離出左、右膈肌角，用一紗條懸吊食管，完成腹段食管的游離。裂孔疝用圓針7號絲線縫合膈肌腳2～4針(避免切割食管或胃底)。關閉裂孔，體內打結，縮小裂孔至約1.0 cm，關閉裂孔后用食管裂孔疝專用補片加固。牽拉胃底由食管后方繞過，改良Nissen法為將左側胃底穿過食管側胃底與右側胃底前壁縫合2～3針，完成食管周圍的360°全包繞。改良Toupet法關閉巨大缺損后，食管較短，胃底張力較大，將食管左側胃底通過食管后方，包繞食管，與食管右前側壁縫合3～4針，胃底外緣與右側膈肌腳縫合固定1針，完成食管側后方的270°胃底包繞。訓練結束后，由我科指導員統一進行考核，參與者均填寫問卷，內容為對物理模擬器及其教育價值的看法，采用5分李克特量表(1分，強烈反對；5分，強烈同意)。外科醫生對模擬器的主觀評價采用5分李克特量表進行匿名評價，并收集對模擬器印象的匿名評價，本次問卷是專門為本研究設計的。

1.3 統計學處理 應用SPSS 23.0軟件進行數據分析，由于樣本量較小，且結果不呈正態分布，因此采用中位數進行評估。

2 結 果

20名普通外科醫生參與此實驗。參與者均具有一定的腹腔鏡手術經驗，但均不能完全標準化地完成腹腔鏡下食管裂孔疝修補術。參與本次培訓后，所有參與者熟悉該手術基本流程，通過模擬儀器可單獨完成該手術(100%)。

參與者35～19歲，其中男16例，女4例，既往腹腔鏡手術經驗<50臺12人，50～100臺5人，>100臺3人，既往參與腹腔鏡食管裂孔疝修補術臺數<10臺10人，10～40臺6人，>40臺4人。本次完成模擬手術例數<20臺2人，20～40臺14人，>40臺4人。考核成績：60～80分16人，80～99分4人；單臺手術時間<100 min 3人，100～120 min 12人，>120 min 5人。操作步驟評分：套管針位置與放置4.8分，肝臟拉鉤的安裝及手術空間暴露4.4分，疝囊識別與復位4.2分，關閉裂孔與縫合4.8分，補片放置3.2分，腹壁切口的縫合4.8分。外科醫生對模擬器質量的評分：設備設置4.1分，設備大小5分，模擬器外觀4.8分，亮度3.2分，錄像功能4.8分，模擬器仿真度3.1分，模擬器使用方便4.9分，模擬器應由更多的醫院提供4.8分，希望原單位也有該模擬器，以便于練習4.9分，該模擬器對住院醫師進入手術室前的培訓很有價值4.1分，對外科專家進入手術室前的培訓很有價值4.8分。參與者均強烈認為模擬器具有很高的實用價值(中位數為5分)，對于腹腔鏡食管裂孔疝修補術培訓中使用該模擬器的評分中位數為5分，并且認為他們每天都會使用(中位數5分)，希望以后會有更多機會在腹腔鏡食管裂孔疝修補術培訓中使用此模擬器(中位數5分)。

3 討 論

本研究驗證了3D打印腹腔鏡下食管裂孔疝修復模擬器培訓的有效性，參與者均肯定了其在腹腔鏡食管裂孔疝修補術前訓練中的價值。他們認為，對于腹腔鏡食管裂孔疝修補術，模擬器較干箱訓練器更有效。使用3D打印的物理腹腔鏡模擬器及器官復制品模型進行腹腔鏡食管裂孔疝修補術前培訓可對外科住院醫師有益，使住院醫生有學習腹腔鏡食管裂孔疝修補術的興趣。

研究表明，大多數住院醫師感興趣的培訓方法是視頻(87%)、模擬(82%)、動手實驗室體驗(82%)、會議(77%)、教學(73%)、基于網絡的工具(61%)[8]。據統計，住院醫生及低年資醫生均認為最好的教育方法是以模擬為基礎的培訓課程，然后專家監督才有更高的培訓價值[9-10]。課程后的督導對于減少學習過程中的并發癥與復發風險是必要的。

為滿足對更好培訓的需求，模擬工具如干箱訓練器、豬模型、新鮮冷凍尸體與VR模擬器為有效工具，以使外科醫生臨床實踐前獲得與練習手術技能。虛擬現實模擬器作為無組織暴露、可重復使用的平臺正變得越來越普遍。然而這些系統非常昂貴，而且模擬工具-組織相互作用的能力有限，很少有人能正確模擬觸覺反饋[11]，受訓者在切割、操作組織時有正確的感覺是非常重要的，缺乏適當的力反饋可能對訓練產生負面影響。

豬模型已被廣泛用于訓練，另有報道稱其是腹腔鏡手術的理想模型[11]。豬模型可使術者感覺到適當的力反饋，并準確體驗相同的步驟[12]。然而，近年使用豬模型的腹腔鏡培訓逐漸減少，因為成本非常高，只能一次性使用。此外，常用的豬模型解剖學、質地與人類不同。本研究所用模擬培訓最重要的一點就是解決如VR、豬模型的類似問題。該模型成功復制了腹腔鏡手術的實際情況，如軀干、氣腹壓力下的腹壁膨脹及皮膚的可彎曲性。如前所述，學員可使用模擬器執行整個腹腔鏡食管裂孔疝修補術程序。從學習的角度而言，這是有價值的，并為規劃與理解程序流程、程序的不同要素如何相互關聯創造了機會。而且也提供了一個安全的環境，以便進入手術區前犯錯并從中汲取教訓。這個過程中最難教授的部分之一是腹膜剝離的范圍、與疝囊剝離相關的觸覺反饋。

此外，觸覺反饋在外科手術中的作用尤其重要，在區分健康與異常組織、識別器官、運動控制方面至關重要。腹腔鏡手術中由于探查是通過剛性探頭進行的，觸覺受到極大限制。外科專家一致認為，觸覺反饋在術中是必要的，進行腹腔鏡縫合時使用盒子訓練器較使用VR模擬器系統更可取，因為VR模擬器缺乏真實感與觸覺反饋[13]。

最后根據本研究參與者的匿名評論，在腹腔鏡食管裂孔疝修補術中還可體驗腕關節的應力位置，這是非常重要的。該模擬器提供的觸覺反饋與外科醫生手腕、手臂的應力位置相結合，是腹腔鏡食管裂孔疝修補術訓練的潛在優勢。

本研究的局限性在于樣本量較小，研究群體同質化，缺乏內容效度及結構效度。盡管如此，本研究也清楚地展示了模擬器訓練的優點，應在外科住院醫師中進行更大規模的試驗，以確定使用該模擬器進行腹腔鏡食管裂孔疝修補術培訓的效果。