泌尿外科操作训练模拟器

 

原标题：泌尿外科操作训练模拟器

作者：医学镜界

如今，基于模拟的培训构成了程序学习曲线的很大一部分，可以使用培训模型获得。程序训练模拟器模仿人体解剖学或手术步骤的某些方面，通过模拟该解剖学或手术步骤的特征促进学习活动。应用手术模拟器具有多种优势，例如量身定制的培训、方便的编程和维护患者安全。泌尿科医生通过在开放式泌尿外科、腔内泌尿外科、腹腔镜和机器人辅助泌尿外科中应用程序培训模拟器而受益。不同的模式包括合成、动物组织、活体动物、3D 打印模型、VR 和 AR 模拟器、人体尸体和完全沉浸式模拟。保真度、有效性和可靠性是模拟器的关键特性。本章概述了应用于泌尿外科领域的不同类型的模型/模拟器。我们还将提供有关优势和劣势的更多信息以及宝贵的提示，以选择最合适的模拟器以实现最佳培训效果。

7.1简介

在过去的二十年里，外科培训和教育已经摒弃了几个世纪以来一直致力于培养精通外科医生的师徒模式，并逐渐采用了航空和军事等行业所遵循的策略，这些行业严重依赖模拟培训而不是真正的培训。生活暴露 [ 1 , 2 ]。传统的“看一个，做一个，教一个”的培训模式 [ 3 ] 在二十一世纪的外科培训中已经失去了认可，通过应用模拟，可以使用培训模型获得大部分程序学习曲线 [ 4 ]。从历史上看，第一台医疗模拟器是人类患者的简单模型 [ 5]. 根据定义，模型是一种表示形式，通常是缩影，用于显示某物的结构或外观，或者是更复杂事物的简化版本。当无法创建原始手术条件（程序）时，模型用于分析和解决问题或进行预测。它们代表真实世界的系统或概念，旨在通过模拟进行测试、分析或用于培训目的。另一方面，模拟是随着时间的推移实施模型/模拟器，使该模型栩栩如生并展示特定对象或现象在特定条件下的行为。特别是程序训练模拟器模拟人体解剖学或手术步骤的某些方面，通过模拟该解剖学或步骤的特征来促进学习活动。由于受训者的学习速度和技能各不相同，并非所有人都有足够的时间通过师徒法按时掌握一项手术技术。模拟训练可以方便地学习，因为受训者可以在时间允许的时候学习，而不必在住院病人稀缺时等待特定的手术。在手术室进行培训时，会损失很多手术时间，因此模拟培训不会减慢列表的进度或减少员工的培训时间。相反，它允许手术室外的培训根据个人需求量身定制，避免在同行周围进展缓慢的尴尬。此外，可以更改特定任务的终点以满足受训者的需求，

通过专注于泌尿外科，在腔内泌尿外科、腹腔镜和机器人辅助手术领域开展了数量最多的程序培训模拟器和后续验证工作[ 6、7、8 ]。相反，开放式泌尿外科手术模拟只看到了少数经过验证的模型 [ 9]. 随着时间的推移，人们使用了不同的工具来帮助外科医生获得技术技能。尽管它们的组成很简单，但事实证明，即使是海绵也能像现代虚拟模拟器一样有助于获得特定的动作，比如体内打结。尽管如此，今天通过将海绵与复杂的模拟器进行比较，很容易理解使海绵“过时”的多个方面。为了更好地理解它，我们需要从不同的角度来考虑培训平台。本章旨在对泌尿外科中应用的不同类型的模型/模拟器有一个广泛的了解。将提供有关它们的优势和局限性的更多信息。所有可用模拟器的详尽列表超出了本章的范围。

7.2模拟器的主要特点

尽管手术模拟器在泌尿科医师中越来越受欢迎，但在将模拟器用于培训和评估之前，必须对其进行严格评估以证明其教育效果。需要考虑的基本参数是获取有关关键特征和行为的相关选择的有效源信息，并简化外科手术模拟中的近似和假设。

模拟器的保真度表明它有多“逼真”，并且在为特定任务选择合适的模拟方面起着至关重要的作用。真实度或真实性的范围从完全人为的（低保真度）到真实的现实生活情况（高保真度）。保真度水平应适合任务类型和训练阶段。与使用模拟环境等复杂的培训辅助工具相比，新手可以使用简单的模拟器实现相似或更高的技能转移 [ 10 , 11]. 通过展示更高水平的速度和任务实践，处于更高培训水平的更有经验的受训者将受益于更高的保真度水平。最好将模拟器与支持其在程序中使用的教育目标结合使用。

手术模拟器的可靠性反映了测试或测试设备的可重复性和精度 [ 12 ]。

模拟结果的有效性反映了它们在现实生活中发生的可能性或模拟产品或服务满足其用户需求的确认。手术模拟器与一种分析有关，其最终目标是了解其准确性和可信度。然而，我们越接近科学分析，尤其是医疗保健需求，提供该术语的明确定义就越复杂。在过去的二十年中，模拟器的验证主要基于问卷调查或专家和新手在模型上的表现之间的比较。

不同类型的有效性包括 [ 12 , 13 ]：

面部有效性反映了关于模拟器真实性的不同意见，包括业余外科医生的意见。它是通过调查进行评估的，被认为是主观的，提供的证据水平最低。 内容效度反映了专家对模拟器的看法，以及该模拟器用于培训的合适性和代表性。它还使用调查进行评估，被认为是主观的，提供最低的证据水平。 结构有效性衡量模拟器评估和区分个人或一组受训者随时间（在一组内）的经验水平或区分不同经验水平（组间）的能力。 判别效度代表了一种更复杂的结构效度形式，它通过在具有相似经验水平的群体中区分不同的能力 并发有效性反映了新模型与旧模型和黄金标准的比较，通常是利用技术技能的客观结构化评估 (OSATS)。 预测有效性将模拟期间的表现与手术室中的表现相关联，通常由 OSATS 测量。

经过多年的研究，专家们知道仅通过遵循上述指标来确认模拟器的有效性可能是不正确的。例如，模拟器对于向单个受训者传授技术技能是有效的，但对另一个受训者没有用处。这可以用几个变量的存在来解释，例如应用课程的类型或所涉及的导师。此外，模拟器的有效性与其真实性并不严格相关，还与预期的模拟结果有关。

在过去的几年中，结构效度获得了更多的价值，因为它为我们提供了外科医生以前的经验是否会影响他在模拟器上的行为的信息。如今，国际文献将结构效度和评估方法视为手术模拟器评估的核心 [ 14 , 15 ]。因此，最近对有效性的概念进行了重新定义，并增加了更新的方面，即测试内容、响应过程、内部结构、与其他变量的关系以及测试结果 [ 16 ]。

测试内容反映了手术模拟器产生预期结果的能力。通常由一组专家来决定。 反应过程是对评估方法及其反映和评分受训者观察到的表现的能力的分析。 内部结构还侧重于评估方法、其可复制性和统计可靠性。 与其他变量的关系将绩效与已知的技能或能力测量相关联，例如受训者的临床背景。 结果正在考虑评估与手术室绩效改进之间的关系。

因此，验证不仅考虑受试者的意见，无论是新手还是专家，或者与以前的黄金标准相比的优势，而且还关注模拟器的设计方式、受训者背景的相关性以及如何关键是评估了解实际获得的技能。尽管如此，有效性研究仍然受到缺乏公认的定义和测量方法的阻碍 [ 17]. 就培训计划开发验证手术模拟器的指南达成共识将很有帮助。培训模型的开发和验证应基于多学科方法，涉及专家（教师）、居民（学习者）、教育家（教授教师）和工业设计师（教学设施提供者）。

7.3模拟器类型

受训者通常与物理对象交互，该物理对象可以是人体模型或人体或动物身体的一部分。可以获得的技能是技术性和非技术性的。可以使用几种不同的模拟方式获得技术技能，包括虚拟现实 (VR) 模拟器、合成模型、动物组织或活体动物以及人类尸体，每种方式都有其优点和缺点。非技术技能模拟培训并未受到太多关注，但在临床病房和手术室环境中正变得越来越流行。这种类型的培训可以在手术室中通过全沉浸式和高保真手术室模拟进行。关于模拟器分类的各种分类可以在文献中找到（表7.1）。

表 7.1 模拟器的分类

来自：程序训练模拟器

学习

模拟器类别

梅勒 [ 18 ]

患者和/或他们的疾病过程 正在使用的程序或诊断测试或设备 医生或辅助专业人员 教授或专家从业者

托金顿等人。[ 19 ]

无生命的人造组织和器官 新鲜组织或动物模型 虚拟现实和计算机模拟 演员角色扮演创伤模拟

Ziv 等人。[ 20 ]

低技术模拟器、 模拟/标准化患者、 基于屏幕的计算机模拟器、 复杂任务训练器（包括虚拟现实） 逼真的患者模拟器

膝骨 [ 21 ]

基于模型（那些基于物理模型）， 基于计算机（那些使用计算机来创造现实幻觉，包括虚拟现实） 混合（那些将物理模型与计算机相结合）

马兰和格拉文 [ 10 ]

部分任务培训师 基于计算机的系统 虚拟现实和触觉系统 模拟患者 模拟环境 集成模拟器 – 教练驱动的模拟器 – 模型驱动的模拟器

Beaubien 和 Baker [ 22 ]

案例研究/角色扮演， 部分任务培训师 完整任务模拟

小茴香和快乐 [ 23 ]

交互（基于硬件、基于屏幕或基于虚拟现实）、 生理学（非生理学、脚本控制或模型控制） 用于教学（知识、认知技能或心理运动技能

阿利尼尔 [ 24 ]

0 级——书面模拟 1 级——3D 模型 2 级——基于屏幕的模拟器 3 级——标准化患者 4 级——中等保真度患者模拟器 5 级——交互式患者模拟器

7.3.1综合模型

合成模型（图7.1）已经在手术模拟领域使用了相当长的一段时间。然而，在 1990 年代初期引入微创手术后，对合成模型的需求出现了增长。就在那时，一家位于布里斯托尔的名为“Limbs & Things”的公司成立了。这家公司专注于微创手术培训的三维模型，并迅速确定了开发材料、成型和铸造技术以有效模拟软组织的主要需求。自从合成模型应用于各种专业以来[ 25、26、27 ]。在泌尿外科手术培训中，合成模型主要用于腹腔镜检查 [ 28, 29 , 30 ]，因为体内缝合是最难的高级手术技能之一，外科医生必须掌握这些技能才能进行高级腹腔镜手术。合成模型也被用于模拟阴囊检查[ 31 ]、开放式泌尿外科[ 32、33、34、35 ]、机器人手术[ 36 ] 、输尿管镜检查[ 37、38、39、40、41、42、43、44 ], PCNL [ 45 ], TURBT [ 46 ], TURP [47 ] 和 HoLEP [ 48 ]在过去十年中展示了表面、内容和结构的有效性（有关这些模拟器的更多详细信息，请参见第10、11、12和14章）。

图 7.1

膀胱冲洗模拟（英国利兹圣詹姆斯大学医院医学教育部提供）

虽然通常结构简单，但这些模拟器是训练和评估手术技能的宝贵工具。主要优势在于它们的可用性，因为受训者甚至可以收集所有组件并自己构建模型。它们还具有良好的面部有效性，因为它们通常在手术步骤中实现人体解剖学的真实表现。另一方面，培训师可能会制定他们的任务以培训特定的手术技能。此外，与动物组织或尸体相比，合成模型不存在与其使用相关的健康和安全问题。因此，培训的地点没有限制，学员甚至可以在家中与他们一起训练。然而，在某些情况下，尤其是某些步骤，包括使用液体（例如，流血模拟）会使任务变得非常混乱。在这些情况下，建议在干技能实验室等环境中使用它们更合适。

这些模型还有其他更实质性的问题。其中一些被认为在解剖学上是不正确的。此外，现代合成模型在训练情况下也可能非常昂贵。特别是对于腹腔镜体内缝合，一些材料仍然具有离散的“使用寿命”，因为在它变得无法使用之前只能在其上进行这么多切口。一些市售材料只能使用一次。此外，简单模型并不总是以与人体或动物组织相同的方式做出反应。例如，在用合成模型教授某些类型的缝合技术时，人造组织容易撕裂，使模拟练习变得非常困难。

7.3.2 动物组织模型

动物组织材料包括鸡肉、猪肉、肝脏或肠块（图7.2). 它是最基本的模拟模型之一，已成功应用于手术模拟数十年。外科医生可以使用这些模型来训练广泛的手术技能，从缝合到制作和关闭切口。此外，这些类型的模型很容易获得、可分发、便宜且一次性。动物组织的另一个优点是适当的受训者接触真实组织，包括脆弱性和不适当或粗暴组织处理的后果。因此，这些模型通常对受训者具有良好的面部有效性，并且对于培训师而言，它们可以很好地了解受训者将如何处理人体组织。动物组织模型已被用于腔内泌尿外科领域 [ 37 , 43 , 49, 50 , 51 ]、腹腔镜检查 [ 52、53、54、55、56、57 ] 和机器人泌尿外科 [ 58、59 ]，证明了不同程度的有效性。

图 7.2

用于教授气孔形成的猪模型（由英国利兹圣詹姆斯大学医院医学教育部提供）

使用动物组织的主要缺点之一包括需要特殊设施来确保健康和安全 [ 60]. 出于卫生和保护原因，独特的长凳、清洁材料和冰柜始终被认为是必要的。在成为健康危害之前，有限的保质期和一定数量的使用是动物组织模型的额外障碍。另一个困难是对受训者表现的评估存在问题，因为教员应该观察整个训练过程。这个要求对于评估手术的成品以及受训者在手术中如何实现是至关重要的。因此，培训师应该意识到成品的外观可能具有欺骗性。这种问题不仅是基本类型仿真模型的局限性，而且更高级和更昂贵的仿真器也会出现这种问题。

7.3.3 虚拟现实 (VR) 模拟器

虚拟现实是模拟真实环境的人机界面，呈现三维 (3D) 数字设置，同时实现人机交互（图7.3）[ 61 ]。杰伦·拉尼尔 (Jaron Lanier) 在 80 年代后期在商业企业领域引入了这个术语。从那时起，多年来它主要用于航空工业 [ 62 ]。飞行员和外科医生之间可以得出许多相似之处，因为他们都必须学会管理压力大和可能危及生命的情况，这些情况也是不可预测的，并且会立即发生变化。因此，航空业所注意到的 VR 模拟的好处激发了 VR 培训尝试进入外科手术培训。

图 7.3

高保真虚拟现实模拟器（英国利兹圣詹姆斯大学医院医学教育部提供）

从外科医生的角度来看，制造商需要定义将从培训中受益的程序或手术步骤，并提供标准程序或步骤的培训。模拟器应提供准确的细节、解剖学的精确度和高水平的交互。从制造商的角度来看，需要考虑不同的因素，包括受训人员的数量和外科医生执行特定程序的频率。开发成本禁止为更专业或罕见的程序创建模拟器。

VR模拟器的主要特点包括以下[ 63 ]：

视觉现实：模拟器应该具有高分辨率才能看起来逼真。 物理现实：模拟器需要交互，设备需要对受训者施加的力做出反应。器官要有弹性，触摸或抓取器官和组织时要有动态的真实感；它们需要弯曲和变形，就像它们在现实中所做的那样。 生理现实：组织需要显示生命迹象，如器官蠕动、出血和肌肉收缩。他们还需要在被操纵时对现实做出反应。 触觉真实：受训者应该感觉到医疗器械和组织之间的力和压力。

虚拟现实允许学习在计算机上模拟的真实程序步骤，而不会引起任何患者不适或风险 [ 64]. 它还允许受训者在执行整个程序之前根据需要经常练习特定的程序步骤。当模拟非常接近最终将使用特定技能的自然环境时，受训者将获得最大收益。当这种重复与导师针对特定优势和劣势的适当反馈相结合时，培训课程就变得很理想。此外，模拟器通常提供“动作重放”选项以允许进行性能评估。许多 VR 系统提供客观的数据收集，因此允许对变量进行客观的反馈，例如完成该过程所花费的时间、错误率和运动的经济性。然后，受训者和导师可以评估和评估绩效改进。高保真全物理VR模拟器。这种类型的 VR 训练可能是医学模拟中的“圣杯”，因为它模拟了根据实际患者的图像数据渲染的实时患者解剖学、生理学和病理学。此外，它模拟了真实的手术器械出现并与模拟组织相互作用，实现了高度的真实感，并且手术病例是从实际患者中发展而来的。VR模拟器已被用于模拟各种腔内手术，如膀胱镜检查和输尿管镜检查[ 65、66、、PCNL [ 77、78、79 ] 、TURBT和TURP 和激光前列腺手术。大量研究还证明了 VR 模拟器在腹腔镜检查 [ 93 ] 和机器人手术 [ 94 , 95 , 96 ]领域的各种有效性。,

然而，总体而言，VR 模拟仍处于外科培训的底层。需要为 VR 模拟器开发转移效率比率，以便让培训师了解在 VR 模拟器上花费的时间与在实际患者身上花费的时间相当 [ 109 ]]. 还应在 VR 系统中添加适度的压力元素，因为众所周知这是最佳的学习环境。此外，尽管提供了出色的图形，但屏幕刷新率仍然存在一些微小的延迟，因此仍然缺乏计算机和用户之间的快速交互。计算机处理能力的迅速提高应该很快就能解决这个问题。此外，当前的 VR 模拟器因缺乏触觉反馈和压力或纹理的感官输入而受到阻碍。由于与仪器“接触”而导致的器官畸形和出血、组织损伤、肌肉收缩和器官蠕动通常没有得到充分模拟。计算机算法需要检测物体之间的接触以及它们之间力的存在 [ 110]. 高保真模拟器还需要温控室中的专用空间、知识渊博的技术支持和轻柔的操作。最后，可用的系统也很昂贵，并非所有培训机构都负担得起，这引发了 VR 培训资金来源的问题。因此，人们可能会理解，一个好的模拟器不仅是看起来更好的模拟器，而且是能够更好地遵循有关预期结果的要求集的模拟器。

7.3.4 增强现实 (AR) 模拟器

增强现实提供了一种将数字信息（如视觉对象或声音）实时插入自然环境的方法。在医学中，AR 是指将术中或术前成像对齐或叠加到实际患者的图像或视频上。硬件包括任何常用的智能设备（手机/平板电脑）或专用头饰 [ 111]. 外科医生将来自手术区域的基本视觉信息与超声、计算机断层扫描或磁共振成像相结合，否则这些信息将在手术室内发挥被动作用。然后可以将重建的图像配准到解剖标志上，并由计算机根据组织操作和相机移动进行跟踪。结果，向外科医生呈现了通过覆盖组织的内部结构或病变的看似透明的视觉解剖结构。尽管如此，AR 仍处于起步阶段，在手术模拟领域也是如此，因为只进行了一些验证研究 [ 112 ]。只有有限的泌尿外科研究，尤其是机器人手术，评估了 AR 对手术模拟的影响[ 113、114 ], 115 , 116 , 117 , 118 ]。它的重大局限性包括成本、缺乏隐私、图像配准不准确以及导航精度差。此外，保护患者医疗信息的机密性也很重要。有保护医疗保健提供者的指南，拥有患者信息的第三方正在尊重和负责地管理数据 [ 119 ]。模拟环境可能有助于更广泛地采用该技术，并且在虚拟现实环境中练习使用 AR 可以减少对其在日常临床实践中采用的担忧（有关沉浸式技术的更多详细信息，请参见第25章）。

7.3.5 高保真活体动物组织模型

几十年来，外科和介入医学学科一直使用活体动物进行训练。在自然手术室条件下使用真正的手术器械进行培训可以让外科医生放心。它还提供了有关仪器行为或与自然解剖学相互作用的有价值的信息。例如，与 VR 模拟器相比，模拟电烧灼器靠近潮湿活体组织的行为要容易得多。制作初始切口、对真正的血管化组织和跳动组织进行手术以及练习伤口闭合是使用活体动物进行训练的额外优势。在泌尿外科，活体动物已在世界范围内用于众多腹腔镜检查 [ 30 ] 和泌尿外科[ 37、43 ]] 培训班。然而，也存在与活体动物训练相关的各种缺点，尤其是与之相关的道德规范。与安置动物、喂养它们以及提供配备与医院手术室类似水平的专用手术室相关的大量成本是额外的障碍。此外，兽医技师、兽医和麻醉师必须在整个手术过程中始终在场。动物工作的所有上述方面都显着增加了动物训练的成本。关于学员绩效评估，有时很难在不牺牲动物的情况下实现。另一方面，在台式仿真模型中，通过简单地移除一些仿真器组件并检查缝合质量来评估性能相对容易。活体动物模拟模型受到与尸体模拟训练相同的问题的影响。实验动物不提供有关学习课程的任何可衡量信息，不能用于特定的程序培训。考虑到各国不同的伦理问题和动物权利问题，很明显为什么多年来手术模拟领域的实验动物手术培训课程不断减少。

7.3.6人类尸体（新鲜冷冻、防腐处理）

维萨里 (Vesalius) 是第一个将已发表的解剖信息与 1542 年尸体解剖揭示的事实进行对比的人 [ 120 ]。从那时起，人体尸体一直并可能在医学训练期间探索人体解剖学方面发挥重要作用 [ 121 ]。在外科领域，培训期间的尸体课程在专家和学员中仍然很普遍。特别是，培训师重视由见习外科医生开发基于触摸的人体解剖学地形图。基于触摸的学习是尸体模拟的主要优势之一，因为这方面继续需要 VR 模拟领域的进一步发展。解剖是发展触摸技能的必要练习，这在手术中是必不可少的 [122 ]。尽管许多研究小组进行了长时间的调查，但总体而言，目前存在于医疗模拟器中的“触觉”的价值仍在争论中。此外，将触觉组件添加到 VR 模拟的成本是巨大的。尸体工作的另一个显着优势是它提供了对深层结构的教学和理解，以及理解解剖结构的三维组织及其尺寸、密度和不同类型组织强度的合理方法 [ 123 ]]. 综上所述，专家认为，人体尸体训练为外科医生学习技术和器械铺平了道路，是他们医学教育的关键。最重要的是，人类尸体对研究生外科培训课程的需求很大，例如腹腔镜或机器人辅助手术。

尽管尸体模拟训练具有上述优点，但对 1980 年代尸体使用的回顾导致教学时间显着减少 [ 124 ]。随着包括 VR 在内的其他类型模拟的快速发展，一些不可否认的尸体训练缺点可能导致了这一事实。

耗时：尸体准备和解剖是一项非常耗时的活动。 劳动密集型/解剖学家短缺：部分原因是缺乏经过适当培训和合格的教师 尸体不可用：近年来，许多国家为医学研究捐赠的人体有所减少，这可能是由于公众对医学专业的信心显着下降。 不受欢迎的验尸变化：尸体解剖学不同于活体解剖学，可能会误导受训者。 昂贵：尸体的获取、防腐、存储、维护和处置成本高昂。 不美观： 尸体闻起来很丑，看起来很丑，令人厌恶。 潜在的健康危害： 防腐液成分（甲醛、二甲苯）的危险 传染性海绵状脑炎、人体免疫缺陷病毒、结核病和肝炎等传染病的危险 社会心理影响（恐惧和焦虑）

此外，尸体手术模拟因防腐/保存技术改变组织质量而受到批评 [ 125 ]。由于组织刚性以及颜色和柔韧性的改变，在传统防腐尸体中模拟高级外科手术通常是不可能的。因此，使用新鲜冷冻尸体是此类培训的流行选择[ 126、127 ]。然而，新鲜尸体缺乏进行多种手术技术的寿命期并具有感染性疾病的风险。此外，新鲜冷冻尸体的结构有效性最近才成为微创手术的培训工具，包括腔内泌尿外科和机器人手术 [ 126 ], 128 , 129 , 130 ]。

Walter Thiel 在 1990 年代开发的尸体防腐方法 [ 131 , 132]，保留器官和组织的体积、形状、颜色和回声性，使解剖与新鲜冷冻的尸体相当。这种方法可提供长达数十年的长期保存，毒性低，不需要冷却，只需将尸体定期浸泡在保存液中即可。防腐液基于水、乙二醇、强氧化盐和少量杀菌/抗真菌剂的混合物。这种类型的保存允许血管的渗透性和未收缩或浸泡的组织的柔韧性。甲醛、3-氯-4-甲酚、吗啉等更多有害成分仅以微量使用，提高了处理尸体的安全性。额外的灌注溶液也由一般的基本溶液制备。这些溶液通过血管或消化道压力注入，以固定尸体的不同隔间。整个过程持续几天，然后将尸体浸入类似的溶液中，液体和组织的缓慢化学反应在此完成，持续 6 个月。防腐过程之后可以将有色硅（间聚物）注入静脉和动脉 [133 ]，为各种手术训练技术创造了高度逼真和逼真的方法。Thiel防腐尸体适合大多数外科专业的培训[ 134、135、136、137 ]。尽管如此，尽管 Thiel 的方法具有上述优点，但并未得到广泛认可，全球仅 10% 的解剖实验室应用 [ 138 ]。已经描述了 Thiel 方法的缺点，强调该技术中受过训练的人员较少、成本相对较高以及固定过程持续时间长[ 137、139 ]。最后，只进行了少数 Thiel 防腐尸体研究 [ 140]，它们对泌尿外科手术的结构有效性需要进一步研究 [ 141 ]。

总而言之，尸体一直被认为是最好的训练平台，因为它与活体患者几乎完美匹配。它们已在世界范围内用于解剖学研究和学术解剖学讲座。经验丰富的外科医生开发新的外科手术也是一个很好的案例。然而，作为解剖学描述的完美选择，用于模拟的尸体缺乏一些评估和保真度要求。特别是在微创手术中，随着虚拟现实和台式模拟器变得更加复杂，获得必要技能的情况变得越来越弱。

7.3.7 3D 打印模型

三维 (3D) 打印是 1986 年引入的一种增材制造工艺，通过紫外线聚合光敏树脂 [ 142 ]。该领域技术的发展导致工程师利用数字对象和不同的可打印材料（如聚合物、金属和蜡）构建复杂的 3D 模型 [ 143 ]。这种演变导致了 3D 打印技术在医学领域的快速扩展，它被用于复制组织、器官和器官病理学。在泌尿外科，3D 打印通过帮助外科医生更好地了解解剖结构、提高技能、识别病变及其与周围结构的关系证明了其价值[ 144、145、146 ]]. 复制的器官包括肾上腺、肾脏、盆腔系统和前列腺，不同的手术模型包括输尿管软镜检查 [ 42 ]、部分肾切除术 [ 147 ] 和 PCNL [ 148、149 ]。

好莱坞特效团队最初使用“选角”方法。在手术模拟领域，器官是从 DICOM 图像开始用粘土塑造的。粘土模型经过精细的细节处理后，用石膏覆盖，形成两个独立的硬壳。移除后，将选择的材料（通常是硅或水凝胶）倒入并等待固化。如今，更先进的 3D CAD 技术使流程变得更加简单；处理 DICOM 图像时，会创建器官的 3D 模型，然后在屏幕上设计两个外壳，最后进行 3D 打印。浇注材料也发生了变化，最近引入了水凝胶来塑造更逼真的模型。水凝胶是一种更复杂的成型材料，因为它的高比例水使模型非常接近实际器官。然而，

在大多数情况下，3D 打印模型和程序模拟已经证明了短期技术技能的提高以及出色的表面和内容有效性 [ 150]. 这些合成材料的一个显着优势是它们可以根据模拟要求高度定制为更硬、更软、可拉伸或有纹理。特别是桌面 3D 打印机可以打印任何塑料，从聚乳酸 (PLA) 到树脂，再到回收塑料。专用生产机器可以轻松地为软塑料建模，即使还不能直接从 3D 打印机挤出机打印出来。然而，尽管它们的质量很高，但生产成本目前构成了 3D 打印仿真模型的重大缺点。尽管如此，在过去十年中，一些工具已经使小型系列的优质产品变得更加实惠，并且 3D 软件和扫描仪总是变得更便宜（更多详细信息请参见第26章）。

7.3.8 高保真/人类患者模拟器

在此设置中，学员正在处理连接到计算机的物理人体模型。这个模拟分支，也称为全环境模拟，在 1960 年代已经被麻醉师广泛开发和验证。最初开发人体模型是为了教授气道管理和复苏技能，并与计算机结合使用以增强模拟器的能力和真实性 [ 151]. 这些模拟器可用于进行全面模拟，受训者可以借此体验真实的监控、对药物的生理反应和高保真度。人类患者模拟设施可以将这种实践整合到一个完整的课程中，由培训师修改模拟难度，并允许在受控环境中进行实践，这些环境可以捕获有效地接近临床经验的临床变化。这组模拟器的新成员不断进入市场，模拟不同的医疗场景并提供超声评估等复杂技能的培训。

这种模拟器可以大大增加任何医疗或外科培训计划的培训资源。然而，人体模型非常昂贵，需要专门的空间和技术支持，以确保最佳的培训使用。还需要价格不菲的定期软件更新。经验丰富的教员队伍也被认为是必要的，他们负责运行和评估培训课程。该培训设施可能最适合紧急或重症监护场景的团队培训环境。它可以在医学院、实习期间或当受训者获得他们可以在手术室或急诊室环境中实施的特定介入程序技能时，整合到外科培训计划中。尽管如此，团队训练环境场景可能不是获得必要手术技能的最佳情况。在基于程序的医学中，医师绩效的一个不可协商的单位是介入医师以适当的水平、安全和及时的方式执行程序的能力。

7.3.9 全沉浸式高保真手术室模拟

这种类型的模拟在过去 20 年中已在医学模拟训练中得到实施，目前作为一种有价值的临床研究工具，用于评估设备、人员和系统的临床性能（图7.4）。在这种情况下，“模拟器”是模拟设置，可用于解决复杂临床环境（如急诊室、手术室或临床病房）特有的因素。模拟设施可以建立在任何开放空间。模拟临床场景旨在反映感兴趣的环境，并用于评估临床医生的表现，而不会增加工作量或妨碍患者护理 [ 152 , 153 , 154]. 还有一个额外的好处是确保不会对患者造成伤害，解决临床环境的伦理限制 [ 155 ]。模拟临床场景设计很复杂，包含范围广泛的组件以复制临床环境。许多研究报告使用全沉浸式模拟来评估设备性能 [ 156 ] 、临床医生的技术和非技术技能 [ 157、158、159、160、161 ]以及影响临床性能的人为因素[ 162、163 ]]. 全沉浸式模拟也被用于发现不可预知的患者安全威胁，例如环境因素 [ 164 ]。可以采用多种方式，包括旨在提供特定技能经验的兼职培训师 [ 165 ]、经过精心培训以准确扮演有健康问题的患者角色的标准化患者 [ 166 ]，以及全身模拟器是计算机驱动的人体模型，具有不同的保真度 [ 165 ]。这种类型的模拟的用途不仅限于医学教育，还可以作为一种研究工具来调查重要的研究问题，通过研究可能无法测量的各种临床实践方面 [167 ]。系统的循证方法被认为是开发有效和可靠的模拟临床场景的必要方法，以用作研究中的评估方法 [ 168 ]。

图 7.4

SimMan ®与演员一起进行场景交付（英国利兹圣詹姆斯大学医院医学教育部提供）

全尺寸图片

在过去十年中，全浸入式模拟环境也已应用于泌尿外科。团队合作、沟通和决策等技术和非技术技能已在查房和不同的操作程序中得到评估。不同的研究通过对参与者反馈进行定性分析，评估了模拟查房对临床医生非技术技能培训的影响[ 169、170 ]]. 场景包括扮演病人的演员和模拟电话交谈，而分散注意力的是不同的参与团队成员。观察员住在一个单独的房间里，场景实时投影在屏幕上。参与者积极接受模拟查房练习，非技术技能也有显着提高。

不同的研究小组已经应用完全浸入来模拟输尿管镜检查和前列腺 TURP。作者已经证明技术和非技术性能之间存在很强的相关性，无论接受的培训如何，并强调所有非技术技能组合对于技术性能都是必不可少的。他们得出结论，这两种技能都应该在同一培训课程中一起培训和评估 [ 171 ]。同一个研究小组可以展示 TURP 期间技术和非技术技能培训的全浸入式模拟环境的表面、内容和结构有效性。作者得出结论，这种模拟类型是对传统课堂模拟培训的宝贵补充 [ 172 ]。

研究评估了腹腔镜肾切除术过程中的技术和非技术技能 [ 173 , 174 , 175]. 在这些环境中，泌尿科住院医师随机与经过认证的注册护士和麻醉师配对。已使用具有嵌入式肿瘤和高保真人体模型的独特聚乙烯醇肾脏模型。脚本事件包括患者对药物的过敏反应、对气腹的血管迷走神经反应、充气器故障、二氧化碳栓塞、肺门清扫过程中的肾静脉损伤，以及病理报告中错误的患者或标本数据。场景被评为有助于培养不同团队成员之间的沟通技巧，并让住院医师意识到手术室中不太可能但潜在的严重错误。在机器人泌尿外科领域，很少有人努力开发非技术技能评估工具，176 ]。

7.4哪种模拟器最适合这项工作？

一个理想的模拟器：

对受训者的干预给出自动响应（即时反馈），无需教师输入。 在没有讲师在场的情况下评估表现并在课程结束后向受训者提供反馈。 使学习独立，以便受训者可以在没有教师在场的情况下完成模块。 启动成本低。 可复制、可重复使用、便携。 带来最小的健康风险。 使用真正的仪器。

考虑到这些信息，很容易理解完美的模拟器或模型尚不存在。不同的模拟器更适合不同的任务、程序、受训者或培训项目。因此，建议任何试图建立模拟培训计划的机构或有兴趣私下购买模拟器的学员考虑几个基本参数。

7.4.1不同模拟器的优缺点

Aydin 及其同事在一篇进行良好的审查中列出了不同模拟模式（表7.2 ）的优点、缺点和适用性[ 9 ]。一些优势可以使模拟器成为某些人的有利选择。另一方面，特定的缺点可能成为将特定方式从特定培训计划中排除的重要原因。

表 7.2 可用模拟器模式的类型（修改自 Aydin 等人 [ 9 ]）

全尺寸表

7.4.2 训练模块化

在新手外科医生培训的早期阶段，简单的合成材料（如海绵）可以满足外科培训工具（例如打结）的所有要求（一致性、尺寸）。向前迈出的一步与模型以及为每个任务提供的预设规则和目标有关。为了促进技能进步和标准化，最近引入了动手培训中的模块化概念。这一概念旨在以标准化、可复制的方式为每个外科手术定义培训途径，并将外科实践分为基本、中级和高级任务。基本任务被定义为简单的 操作，例如移动物体或切割纱布。中间任务 包括一个更复杂的动作，将不同的简单动作放在一起，需要完全掌握基本任务才能适当地接近。最后，一项高级任务 是整个外科手术，由不同的程序步骤和复杂的操作组成。人们可能很容易理解，受训者应该逐渐从简单的任务过渡到高级的任务。这种模块化途径使我们能够将合成材料（海绵）分类为基本任务模拟器，将肾盂成形术模型分类为中级任务模拟器，将尸体和猪分类为高级任务模拟器。关于模型构成，人们可能会理解，从“基本”到“高级”通常需要更多细节，因此与实际患者更相似。

7.4.3 学员参与

崔等人。[ 177 ] 已经证明了模拟、保真度和现实主义之间的联系，以及这种相关性如何增加受训者的参与度。学员的参与度越高，他们通过模拟学习的机会就越多。教育工作者应该找到创造性地促进学员参与的方法 [ 178]. 大学和非学术机构通常将医院体验的真正含义与模拟体验的真正含义区分开来，这一事实将模拟的重要性降到最低。提高模拟体验真实感的建议是使用类似的术语，如“校内临床”和“校外临床”，向学员传达模拟实验室体验与医院体验相当的信息。事实上，精心设计的模拟程序对受训者更有益，因为它可以提供他们在自然临床环境中可能无法获得的体验。此外，临床现场缺乏的一件事是通过指令进行共同控制。另一方面，教育工作者可以完全控制模拟，包括患者的疾病、并发症和不同的受训者分配。

7.4.4增加仿真器/仿真的保真度和真实感

选择更适合特定模拟和适当场景的保真度类型和级别，以最大化受训者的学习。 预培训生。 在开始模拟之前，给受训者几分钟时间作为一个团队进行计划。 如果受训者遇到困难，请提供反馈和提示。 让它尽可能自然。使用实际设置中使用的仪器。 可能的话，使用声音、气味或视觉刺激。 尝试帮助学员学习重要的培训概念，并让他们将这些概念付诸实践。

不管上述参数如何，应该强调的是模拟器本身可能并不那么重要，因为有各种各样的其他人可以做类似的工作。培训师必须为正确的工作选择合适的模拟器，并意识到模拟器只是提供培训课程的工具。对于学员来说，课程才是王道，而不是模拟器。最重要的是，如果允许培训师教授和培训所需技能并评估他希望受训者获得的技能，则模拟任务的功能是最佳的。

7.5总结

有大量的程序训练模拟器也已应用于泌尿外科领域。其中包括合成、动物组织、活体动物、3D 打印模型、VR 和 AR 模拟器、人体尸体和全沉浸式模拟。保真度、有效性和可靠性是模拟器的关键特性。迄今为止，还不存在完美的模拟器，因为所有的优点和缺点都是如此。因此，在建立模拟训练计划之前，应考虑培训模块化、受训者参与度、提高保真度的方法和现实主义等几个基本因素，以根据受训者的需要选择最合适的模拟器。

关键点

不同的模拟器模式包括合成、动物组织、活动物、3D 打印模型、VR 和 AR 模拟器、人体尸体和全沉浸式模拟。 保真度、有效性和可靠性是模拟器的关键特性。 选择模拟器时重要的附加参数包括成本、数据捕获、反馈、可重用性、再现性、便携性、健康危害以及对特殊设施或受过培训的人员的要求。

Cite this chapter

Tokas, T., Biyani, C.S., Gözen, A.S. (2022). Procedural Training Simulators. In: Biyani, C.S., Van Cleynenbreugel, B., Mottrie, A. (eds) Practical Simulation in Urology . Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-88789-6_7

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