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3D打印物理模拟器在腹腔镜培训中的应用价值

2020-12-21 95 上传者：管理员

摘要：目的:评价食管裂孔疝物理模拟器在腹腔镜食管裂孔疝修补术培训中的应用价值。方法:腹腔镜食管裂孔疝修补术模拟器由物理腹腔镜模拟器与三维打印技术创建的手工器官复制品模型组成,可执行腹腔镜下食管裂孔疝修补术所需的程序。20名普通外科医生使用模拟器进行腹腔镜食管裂孔疝修补术,培训结束后对比医生手术熟练程度及其对新型模拟器的评价。结果:培训结束后,参与者较培训前有了较大进步,参与者均认为3D打印的物理模拟器与器官复制品模型对腹腔镜下食管裂孔疝修补术培训具有很高的实用价值,应在住院医师课程中引入。结论:3D打印技术是用廉价易得材料制作的手工器官复制品模型。使用该模拟器与器官复制模型于腹腔镜食管裂孔疝修补术前培训可能对外科医生是有益的,可在住院医师课程中使用。

关键词：
3D打印物理模拟器
疝
疝修补术
腹腔镜检查
食管裂孔
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3D打印技术诞生于20世纪80年代初至中期,最早的3D打印形式为立体平版印刷,是由查尔斯·赫尔在20世纪80年代初研发的[1],由于计算能力的提高、专利到期及技术成本的下降,3D打印最近出现了复兴。既往此技术在骨科使用比较普遍,并在提高骨科医生技术水平方面起到至关重要的作用,因此受到广大医生的一致好评。然而既往因腹内脏器模拟逼真度较低、难度系数较高,在腹腔镜手术中应用较少,国内外相关报道较少[2]。食管裂孔疝在膈疝中最常见,达90%以上,与传统胸腹联合切口手术相比,因腹腔镜食管裂孔疝修补术疼痛轻、发病率低、住院时间短,已成为首选术式[3,4]。然而腹腔镜食管裂孔疝修补术在技术上具有挑战性,其中巨大食管裂孔疝的难度更大,复发率更高。有学者报道,专科中心腹腔镜修补巨大食管旁食管裂孔疝的复发率为12%～16%,再手术治疗症状性复发者占3.2%～11.0%[5]。因此培养腹腔镜食管裂孔疝修补术的外科医生成为临床工作中的难题之一。目前腹腔镜下食管裂孔疝修补术的培养模式仍以传统模式为主,培养对象严重缺乏操作机会。相比之下,大多数住院医师感兴趣的培训包括模拟工具及其他更为形象的方法[6]。使用组织模体的模拟培训工具已成为有效工具[7]。因此为了将标准的腹腔镜下食管裂孔疝修补术推广至新疆及全国各地,新疆维吾尔自治区人民医院微创外科启动通过新型食管裂孔疝3D打印物理模拟器培养人才模式,来自新疆的20位副主任医师职称以上的外科医生参与本项目。本研究目的在于分析新型食管裂孔疝3D打印物理模拟器在腹腔镜食管裂孔疝修补术中的应用价值。

1、资料与方法

1.1临床资料

该模型是由手术室正式使用的腹腔镜设备与手工器官复制品模型组成,可再现几乎与腹腔镜手术相同的情景,学习者可练习腹腔镜食管裂孔疝修补术所需的手术程序。3D打印的物理模拟器复制了在气腹压力下的躯干及隆起的腹壁,使用一种有弹性的硬硅橡胶复制皮肤的可弯曲性,模拟腹壁置有多孔,以便于穿刺Trocar(图1)。

图1模拟器官及腹腔内实图

1.2方法

来自新疆及全国各地的副主任医师职称以上的20位医生参与为期1个月的培训,器械负责者在3D打印技术制造的手工器官复制品模型中手动制造各种类型的食管裂孔疝模型,参与者在具有丰富经验指导员的帮助下进行反复、分步骤操作练习。器官复制品模型被固定在3D打印的物理模拟器内。参与者可使用相同的腹腔镜塔及手术室中使用的器械。练习腹腔镜下食管裂孔疝修补术的每一个步骤:套管针的定位与放置、疝囊的识别与复位、缝合食管裂孔、网片放置与固定、切口缝合。共20名普通外科医生接受了模拟器使用的标准化指导,并模拟腹腔镜食管裂孔疝修补术,此前未使用过此模拟器。参与者均按实际操作过程进行训练。参与者被配对分配为训练员(外科医生与观察者),有120min的时间进行腹腔镜下食管裂孔疝修补术。手术使用普通的腹腔镜器械、缝合器与缝合线、肝脏拉钩等。采用4～5mm钢丝自制成“S”形,进入腹腔,套上橡胶管作为左肝拉开器,无损伤牵拉肝脏,暴露贲门。先离断肝胃韧带,游离胃底至左膈肌脚根部,于胃小弯上部打开小网膜,打开食管下段的膈食管筋膜,游离出左、右膈肌角,用一纱条悬吊食管,完成腹段食管的游离。裂孔疝用圆针7号丝线缝合膈肌脚2～4针(避免切割食管或胃底)。关闭裂孔,体内打结,缩小裂孔至约1.0cm,关闭裂孔后用食管裂孔疝专用补片加固。牵拉胃底由食管后方绕过,改良Nissen法为将左侧胃底穿过食管侧胃底与右侧胃底前壁缝合2～3针,完成食管周围的360°全包绕。改良Toupet法关闭巨大缺损后,食管较短,胃底张力较大,将食管左侧胃底通过食管后方,包绕食管,与食管右前侧壁缝合3～4针,胃底外缘与右侧膈肌脚缝合固定1针,完成食管侧后方的270°胃底包绕。训练结束后,由我科指导员统一进行考核,参与者均填写问卷,内容为对物理模拟器及其教育价值的看法,采用5分李克特量表(1分,强烈反对;5分,强烈同意)。外科医生对模拟器的主观评价采用5分李克特量表进行匿名评价,并收集对模拟器印象的匿名评价,本次问卷是专门为本研究设计的。

1.3统计学处理

应用SPSS23.0软件进行数据分析,由于样本量较小,且结果不呈正态分布,因此采用中位数进行评估。

2、结果

20名普通外科医生参与此实验。参与者均具有一定的腹腔镜手术经验,但均不能完全标准化地完成腹腔镜下食管裂孔疝修补术。参与本次培训后,所有参与者熟悉该手术基本流程,通过模拟仪器可单独完成该手术(100%)。

参与者35～19岁,其中男16例,女4例,既往腹腔镜手术经验<50台12人,50～100台5人,>100台3人,既往参与腹腔镜食管裂孔疝修补术台数<10台10人,10～40台6人,>40台4人。本次完成模拟手术例数<20台2人,20～40台14人,>40台4人。考核成绩:60～80分16人,80～99分4人;单台手术时间<100min3人,100～120min12人,>120min5人。操作步骤评分:套管针位置与放置4.8分,肝脏拉钩的安装及手术空间暴露4.4分,疝囊识别与复位4.2分,关闭裂孔与缝合4.8分,补片放置3.2分,腹壁切口的缝合4.8分。外科医生对模拟器质量的评分:设备设置4.1分,设备大小5分,模拟器外观4.8分,亮度3.2分,录像功能4.8分,模拟器仿真度3.1分,模拟器使用方便4.9分,模拟器应由更多的医院提供4.8分,希望原单位也有该模拟器,以便于练习4.9分,该模拟器对住院医师进入手术室前的培训很有价值4.1分,对外科专家进入手术室前的培训很有价值4.8分。参与者均强烈认为模拟器具有很高的实用价值(中位数为5分),对于腹腔镜食管裂孔疝修补术培训中使用该模拟器的评分中位数为5分,并且认为他们每天都会使用(中位数5分),希望以后会有更多机会在腹腔镜食管裂孔疝修补术培训中使用此模拟器(中位数5分)。

3、讨论

本研究验证了3D打印腹腔镜下食管裂孔疝修复模拟器培训的有效性,参与者均肯定了其在腹腔镜食管裂孔疝修补术前训练中的价值。他们认为,对于腹腔镜食管裂孔疝修补术,模拟器较干箱训练器更有效。使用3D打印的物理腹腔镜模拟器及器官复制品模型进行腹腔镜食管裂孔疝修补术前培训可对外科住院医师有益,使住院医生有学习腹腔镜食管裂孔疝修补术的兴趣。

研究表明,大多数住院医师感兴趣的培训方法是视频(87%)、模拟(82%)、动手实验室体验(82%)、会议(77%)、教学(73%)、基于网络的工具(61%)[8]。据统计,住院医生及低年资医生均认为最好的教育方法是以模拟为基础的培训课程,然后专家监督才有更高的培训价值[9,10]。课程后的督导对于减少学习过程中的并发症与复发风险是必要的。

为满足对更好培训的需求,模拟工具如干箱训练器、猪模型、新鲜冷冻尸体与VR模拟器为有效工具,以使外科医生临床实践前获得与练习手术技能。虚拟现实模拟器作为无组织暴露、可重复使用的平台正变得越来越普遍。然而这些系统非常昂贵,而且模拟工具-组织相互作用的能力有限,很少有人能正确模拟触觉反馈[11],受训者在切割、操作组织时有正确的感觉是非常重要的,缺乏适当的力反馈可能对训练产生负面影响。

猪模型已被广泛用于训练,另有报道称其是腹腔镜手术的理想模型[11]。猪模型可使术者感觉到适当的力反馈,并准确体验相同的步骤[12]。然而,近年使用猪模型的腹腔镜培训逐渐减少,因为成本非常高,只能一次性使用。此外,常用的猪模型解剖学、质地与人类不同。本研究所用模拟培训最重要的一点就是解决如VR、猪模型的类似问题。该模型成功复制了腹腔镜手术的实际情况,如躯干、气腹压力下的腹壁膨胀及皮肤的可弯曲性。如前所述,学员可使用模拟器执行整个腹腔镜食管裂孔疝修补术程序。从学习的角度而言,这是有价值的,并为规划与理解程序流程、程序的不同要素如何相互关联创造了机会。而且也提供了一个安全的环境,以便进入手术区前犯错并从中汲取教训。这个过程中最难教授的部分之一是腹膜剥离的范围、与疝囊剥离相关的触觉反馈。

此外,触觉反馈在外科手术中的作用尤其重要,在区分健康与异常组织、识别器官、运动控制方面至关重要。腹腔镜手术中由于探查是通过刚性探头进行的,触觉受到极大限制。外科专家一致认为,触觉反馈在术中是必要的,进行腹腔镜缝合时使用盒子训练器较使用VR模拟器系统更可取,因为VR模拟器缺乏真实感与触觉反馈[13]。

最后根据本研究参与者的匿名评论,在腹腔镜食管裂孔疝修补术中还可体验腕关节的应力位置,这是非常重要的。该模拟器提供的触觉反馈与外科医生手腕、手臂的应力位置相结合,是腹腔镜食管裂孔疝修补术训练的潜在优势。

本研究的局限性在于样本量较小,研究群体同质化,缺乏内容效度及结构效度。尽管如此,本研究也清楚地展示了模拟器训练的优点,应在外科住院医师中进行更大规模的试验,以确定使用该模拟器进行腹腔镜食管裂孔疝修补术培训的效果。

参考文献：

[2]张聚良,延常姣,黄美玲,等.3D打印技术在保乳手术中应用进展[J].中国实用外科杂志,2019,39(11):1225-1227.

[3]苏昭杰,李文岗,陈福真,等.三维重建及3D打印技术在腹膜后肿瘤术前评估中应用研究[J].中国实用外科杂志,2017,37(1):79-83.

[7]武涛,张兴凯,范德增.3D生物打印技术及其外科临床应用[J].中国实用外科杂志,2015,35(5):570-572.

[13]张慧梅,冯淑莹.3D打印在医学中的应用及其发展前景[J].科学技术创新,2020,24(24):183-184.

阿力木江·麦斯依提,阿里木江·吾布力卡斯木,麦麦提艾力·麦麦提明,李慧灵,王俭,艾克拜尔·艾力,蒋媛,克力木.新型食管裂孔疝3D打印物理模拟器在腹腔镜培训中的应用价值评价[J].腹腔镜外科杂志,2020,25(12):955-958.