茅叶繁 孙运鹏 俞富祥 张启瑜 郑亦胡

[摘 要] 外科模拟训练是一种医学训练模式，而随着科技的进步，结合虚拟现实技术、机器人辅助手术系统的外科模拟器为提升医生的临床外科技术提供诸多的便利。目前外科模拟训练在外科操作培训的运用，展示了多种新开发的模拟器的其先进性和优势所在。希望引起医学院校对外科模拟训练和外科模拟器的重视;加大推广和普及模拟训练在外科操作培训的运用，为外科医生的操作训练开辟一条创新的培训模式。

[关键词] 模拟训练;模拟器;外科操作培训

[作者简介] 茅叶繁（1997—），男，浙江宁波人，温州医科大学外科学在读研究生;郑亦胡（1982—），男，浙江温州人，医学博士，温州医科大学附属第一医院副主任医师，主要从事肝胆胰疾病的外科治疗和消化道肿瘤的分子机制研究。

[中图分类号] G642.0    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）29-0285-03    [收稿日期] 2019-10-08

随着科学技术的快速发展，现代外科在广度和深度方面都在迅猛发展，手术的范围和难度在不断地扩大，手术质量是决定治疗成败的核心因素。因此，对于外科医生的培养来说，达到手术操作技能的娴熟和精湛是整个外科培训体系的关键。以前，几乎没有任何正式的基本外科技能培训，医学生、实习生甚至规培生首先通过临床观察，然后在患者身上练习他们的技能，是最直接、最有效的外科训练方式。但由于突出的医患矛盾、手术过程的快节奏致使外科带教医师很少有时间在操作环境中教学生或者让学生能亲自动手，这使得简单的临床观察难以掌握复杂的手术技巧。加强外科手术训练是完善外科医生培养体系的关键。

作为一种新颖的学习和训练模式，外科的模拟训练正逐渐受到重视。模拟是一种采用虚拟具体假想情形的方法，操作者通过必要的交互、传感与跟踪、显示设备与虚拟环境中的物体进行交互，产生亲临虚拟环境的感受与体验。模拟在医疗中的多样化应用使它能为以患者为中心的医疗教学提供了安全和以学习者为中心的环境[1]。通过专门的技能实验室和使用各种基于模拟的方法提供的外科和程序技能培训课程正在成为传统的基于患者的培训模型的可接受的辅助手段。基于模拟训练的基本假设是在模拟环境中获得的技能可直接转移到操作环境。Sturm等研究发现，在患者的评估之前接受基于模拟的培训的参与者比未接受先前模拟的同行表现更好[2]。

一、模拟训练在外科基本操作的运用

模拟外科训练作为一种教学策略，用于通过向学习者提供类似于现实的情境来教授技术和操作。手术模拟侧重于培训学员的技术技能，在包括合成的或动物组织在内的台式模型上进行。目前国内外科的模拟训练主要侧重利用外科操作训练仪器加强外科基本操作，如打结、切开、缝合、腹腔镜的基本操作。（1）由于打结的重要性、技巧性及实用性为其基本功首要元素。因此，外科练习打结器，是用来贯彻外科手术结扎打结止血的一种教学工具，给学生进行练习浅部打结、深部打结、减张结扎和血管止血，有着很高的实用价值。对练习各种方式的打结提供了比较理想的教学工具[3]。（2）缝合技术是外科手术的基本操作技术，亦是外科实践教学的重要培训项目。目前使用的缝合练习模型不能较好地模拟伤口真实触感。鉴于此种情况，由于猪肉的可获取性和与人组织的相似性，在猪肉上进行缝合是目前国内比较常见的练习缝合的操作[4]。（3）腹腔镜手术操作正成为越来越多的外科医生的新技能。必要的台下模拟操作练习，可以缩短腹腔镜的学习曲线，达到减少术中的操作失误的效果。目前国内练习的手法是运用腔镜分离钳传豆子、剥葡萄皮、剪纸圈和腹腔镜下的缝合、打结等。这些过程都能提高手腕或手臂的精细操作的配合[5]。

二、模拟训练结合虚拟技术

虚拟现实技术可以模拟真实环境并提供理想的学习场景。虚拟现实模拟系统的优势在于：（1）通过模拟训练，操作者可以掌握在现实手术场景中所需要的空间感;（2）锻炼最为重要的手术技能：手眼协调能力;（3）模拟器能够模拟显示真实解剖结构的细节，促进解剖知识的巩固;（4）复制手术并发症及其所带来的压力[6]。伦斯勒理工学院（RPI）开发了一种虚拟基础腹腔镜技能训练器（VBLaST），VBLaST使用先进的虚拟现实技术提供多个任务模块的训练——栓钉转移、图案切割、结扎环、体内缝合和体外缝合等。该系统具有逼真的视觉和触觉反馈，操作者可以使用连接到触觉设备的腹腔镜器械执行任务，基于物理的算法可以精确地实现模拟器和虚拟物体之间的实时交互，并达到显示逼真的视觉场景和触觉感受的效果[7]。Papanikolaou等证实利用虚拟现实模拟器进行的外科训练在手术技能开发方面具有显著优势，可提高患者安全性并降低成本[8]。此外，利用信息和生物技术相互结合的方式，整合人体形态学、物理学和生物学等信息，通过大型计算机处理而实现数字化虚拟人体，可代替真实人体进行基础和临床的研究。2002年汕头大学医学院将挪威的SimMan综合模拟人用于临床技能的教学和考核。2003年上海中医药大学将建立的现代化模拟医院用于医学生的临床实习。2004年首都医科大学在国内率先利用美国的HPS和智能型高级综合数字虚拟人开展基于VR的急诊医学高仿真模拟教学[9]。同样，虚拟技术通过计算机技术可以在医学领域中进一步拓展，如虚拟手术可以对临床外科进行模拟和仿真。通过人机交互，利用三维重建的仿真模型，操作者可以对重建的图像进行如旋转、平移、剖分、开窗等一系列操作，进而模拟仿真操作。帮助医生做出准确的诊断并制定科学、合理的手术方案，进而提高诊疗的准确性与患者的预后。

三、机器人辅助手术系统的模拟训练

与人的操作相比，机器人有很多提高手术质量和安全的优点：具有极高的可重复性、无抖动、无疲劳，它已经被广泛地应用于神经外科、整形外科、骨科、心脏外科、牙科等部门[10]。达芬奇機器人手术系统是一种基于麻省理工学院研发的机器人手术技术的先进机器人平台。然而机器人手术不像腹腔镜手术，允许指导者在旁指导术者，并且机器人手术受到费用高昂和上机练习的时间有限等客观因素影响，直接通过手术进行培训的可行性不高。近年来，随着模拟技术的发展，模拟训练作为一种经济有效的训练方式在机器人手术技能培训中发挥了关键的作用。根据模拟技术、训练方法、培训内容和操作难度的不同，机器人手术模拟器主要分为两类。一是虚拟模拟器，如VR（Virtual Reality，虚拟现实）模拟器和AR（Augmented Reality，增强现实）模拟器，在计算机生成的虚拟平台上模拟训练培训项目，通常用于基本技能和部分高级手术步骤。另一种是直接使用腔镜手术器械进行操作的物理机械模拟器，如Dry-lab模型和Wet-lab模型。由于是基于实物操作，训练内容更加真实，可用于更高级的手术步骤训练[11]。此外，RoSS■机器人模拟手术系统是专门为达芬奇机器人手术而设计的模拟手术训练设备。提供了一套含有16个模块的系统课程：从易到难，循序渐进的课程设计。有手术钳的捏、拧、夹的使用;摄像的导航和离合器的配合;组织切割和缝合等[12]。

目前外科模拟训练在外科医生的培训中占据越来越重要的位置。由于国内外科医师的培训规模不断扩大，而国外的医师培训相对属于精英教育，他们无论是培训的质量和时间都得到有效的保障。而即使在拥有相同高水平的外科先进模拟器的情况下，国内的外科医师培训中，这些设备和仪器在实际训练中投入的使用存在严重不足，甚至很多时候只是起到对外展示和宣传的作用。国内很多培训中心外科操作培训内容，还停留在传豆子，猪肉缝合等的操作。而相比较于国外开展的系统的，模块化的模拟操作培训还存在一定的差距。在我们强调外科住院医师培训和专业型外科硕士研究生培训的今天，我们要比以往更加重视外科操作的模拟训练和外科模拟器的运用。

参考文献

[1]Gaba DM：The future vision of simulation in health care.Qual Saf Health Care，2004（13）：I2-I10.

[2]Sturm LP，Windsor JA，Cosman PH，Cregan P，Hewett PJ，Maddern GJ：A systematic review of skills transfer after surgical simulation training.Ann Surg，2008（248）：166-179.

[3]张军政.新型腹腔镜打结器的研制及在腹腔镜模拟训练系统中的初步应用[D].重庆：第三军医大学，2011.

[4]杨环，张晓春，马镭.缝合练习盘的制作与使用[J].卫生职业教育，2008，26（23）：6.

[5]赵淑文，荣加葳，辛亚东.腹腔镜分离钳在宫腔镜室的应用[J].中国伤残医学，2013（2）：70-71.

[6]Boyd KB，Olivier J，Salameh JR.Surgical resident's perception of simulation training[J].Am Surg.2006，72（6）：521-524.

[7]Arikatla V，Horvath S，Fu Y，Cavuoto L，De S，Schwaitzberg S，Enquobahrie A：Development and face validation of a virtual camera navigation task trainer.Surgical endoscopy，2019（33）：1927-1937.

[8]Papanikolaou IG，Haidopoulos D，Paschopoulos M，Chatzipapas I，Loutradis D，Vlahos NF：Changing the way we train surgeons in the 21th century：A narrative comparative review focused on box trainers and virtual reality simulators.Eur J Obstet Gynecol Reprod Biol，2019（235）：13-18.

[9]范建偉，郑卫锋，呼睿，等.数字化虚拟人体解剖系统在解剖学实验教学中的应用[J].基础医学教育，2019，21（5）：389-391.

[10]徐纪涛，李鑫.虚拟现实技术的教学应用探析[J].武警学院学报，2008（1）：52-55.

[11]郑国洋，文进，李汉忠.泌尿外科机器人手术模拟训练平台的应用进展[J].基础医学与临床，2017，37（6）：874-879.

[12]MacCraith E，Forde JC，Davis NF：Robotic simulation training for urological trainees：A comprehensive review on cost，merits and challenges.Journal of robotic surgery，2019（13）：371-377.