Development and Validation of a Low-Cost Three-Dimensional-Printed Simulator for Bronchial and Pulmonary Vascular Reconstruction Training.
本研究展示了一种用于支气管和肺血管重建的低成本、可重复使用 3D 打印模拟器的成功开发与验证，事实证明，该模拟器是针对不同经验水平进行外科培训的一种在教育上有效的工具。
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在手术室中，容错空间几乎不存在。外科医生必须掌握极其复杂的动作，例如在胸腔内重新连接气道和血管，那里的空间狭窄且组织脆弱。传统上，学习这些技能依赖于观察专家、在动物组织上练习或使用人类尸体。虽然这些方法很有价值，但它们存在显著的缺陷：动物模型成本高昂且涉及伦理复杂性，尸体稀缺且无法重复使用，而仅仅观看专家并不总能转化为自己执行任务的能力。为了弥补这一差距，医学教育者转向了模拟技术，通过创建人工环境，让受训者可以在没有风险的情况下犯错并学习。挑战在于如何创造出既能感觉并表现得像真实人体组织，又不需要耗费巨资或需要专门工厂生产的模型。
西班牙的一个研究小组通过开发一种新型、低成本的胸腔外科训练工具解决了这一挑战。他们创建了一个专门用于模拟重建支气管和肺动脉这一复杂任务的模拟器。该设备采用两步制造工艺，结合了3D打印的精确性和医用级硅胶的真实触感。首先，团队使用计算机软件设计出气道和血管的确切形状。然后，他们使用标准的塑料打印机打印出这些形状的刚性模具。一旦模具准备就绪，他们便将液体硅胶倒入其中。当硅胶硬化后，就形成了具有柔韧性和耐用性的解剖结构副本，可以像真实组织一样进行缝合和操作。包括一个模拟胸腔狭窄空间的平台在内的整个装置，制作成本约为114欧元，这使得预算有限的医院和培训中心也能负担得起。
为了测试这种低成本设备是否真的可以作为教学工具，研究人员邀请了36名参与者使用它。该群体包括接受过基础训练的医学生、处于专业培训阶段的外科住院医师，以及从事这些复杂手术多年的资深胸外科医生。每位参与者都被要求在模拟器上执行特定任务，例如使用间断缝合和连续缝合技术将气道和血管重新缝合在一起。他们以两种方式执行这些任务：首先是在平坦的桌面上，此时可以完全接触到模型；其次是通过限制性平台，这模拟了实际手术中狭窄、困难的视野。研究人员测量了完成任务所需的时间以及缝合是否成功，同时也询问了参与者对模型真实感和教学实用性的评价。
结果显示，该模拟器成功地区分了不同的经验水平。当在开放、无限制的环境下执行任务时，几乎所有人都能完成缝合。然而，当参与者必须通过限制性平台进行操作时，出现了一个明显的模式：资深外科医生完成困难任务的成功率远高于住院医师，而住院医师的表现又优于医学生。例如，在限制性平台内尝试对血管进行连续缝合时，只有7.7%的学生成功了，相比之下，住院医师的成功率为70%，而资深外科医生则达到了92.3%。这种区分新手与专家的能力是评估技能有效工具的关键标志。这表明该设备具有足够的难度，能够揭示使用者的真实技术熟练度。
除了测试技能外，研究还观察了练习如何影响表现。当参与者反复使用模拟器时，他们的速度明显提升。完成一项程序的平均时间从第一次尝试的960多秒降至第二次尝试的约858秒。在经验较少的参与者中，这种进步最为显著，他们随着练习迅速提高了速度，而已经很快的专家们所展现出的增幅则较小。这表明该模拟器允许进行刻意练习，即通过重复练习实现效率的实质性提升。参与者对模拟器的真实感给出了高度评价。他们一致认为硅胶的质感感觉像真实的组织，并且该模型适用于教学和评估外科技能。即使是那些对这类工具通常最为挑剔的资深外科医生，也认为该模拟器是对他们日常执行程序的高度真实呈现。
研究人员指出，虽然该模拟器在练习缝合这一机械动作方面表现出色，但它无法复制人类生物学的每一个方面。硅胶不会出血，没有血流，也不会像活体组织那样发生炎症或愈合。研究人员承认这些局限性，因为该设备的设计初衷是获取技术技能，而非模拟患者完整的生理反应。尽管存在这些约束，研究结论认为，这种方法为外科医生提供了一种实用且可复制的训练方式。通过将3D打印模具与可重复使用的硅胶相结合，该团队创造了一个既足够便宜可以频繁使用，又足够坚固可以承受重复使用的系统。这项工作表明，高质量的外科训练并不一定需要昂贵得令人望而却步，易于获取的工具在为下一代外科医生应对胸腔重建复杂挑战做好准备的过程中，可以发挥至关重要的作用。
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