3D打印硅胶模型在腹腔镜Roux-en-Y胃旁路术训练中的前瞻性验证研究：有效性、学习曲线与成本效益分析

《BMC Surgery》：Printed simulation models versus organ models in laparoscopic Roux-en-Y gastric bypass training: a prospective validation study of efficacy, learning curve, and cost-effectiveness

本研究针对腹腔镜Roux-en-Y胃旁路术(LRYGB)训练中传统模型存在的真实性不足、成本高昂及可及性差等问题，开发了基于患者解剖数据的3D打印硅胶器官模型。研究通过力学性能测试证实模型与人体组织具有相似的拉伸强度（胃0.48 MPa，肠0.75 MPa），专家问卷显示其表面效度和内容效度评分中位数达4-5分（5分制）。采用改良减重手术客观结构化技能评估(MBOSATS)证明模型能有效区分不同经验水平外科医生（专家组188.2±1.48 vs. 住院医师组64.1±4.19，P<0.001）。学习曲线分析表明经过4-5次训练即可达到熟练水平，且训练后住院医师在猪器官模型上的表现可达中级医师水平（P>0.05）。该模型成本仅2000美元，为传统训练方法提供了高性价比的替代方案。

　　

在肥胖已成为全球性健康危机的今天，腹腔镜Roux-en-Y胃旁路术(Laparoscopic Roux-en-Y Gastric Bypass, LRYGB)作为代谢外科的重要术式，每年仅在美国就实施约4万例。然而，这种手术不仅要求术者具备高超的腹腔镜操作技能，还因肥胖患者腹腔内脂肪组织丰富而增加了手术难度。传统的训练方式如虚拟模拟器存在触觉反馈不真实、成本效益低的问题；箱式训练器仅能模拟部分基础操作；而尸体模型则受到可重复性、可获得性、成本及伦理因素的多重限制。

面对这些挑战，夏建福研究员团队在《BMC Surgery》上发表了创新性研究成果，开发了一种基于3D打印技术的硅胶器官模型训练系统。该研究通过前瞻性验证的方法，系统评估了这种新型训练模型在LRYGB手术训练中的有效性、学习曲线和成本效益。

研究团队采用了多项关键技术方法：首先基于肥胖患者的CT数据通过MIMIC 23.0系统进行器官三维重建，采用立体光刻(SLA)技术打印模具，使用AB组份硅胶材料制作胃和小肠模型；通过万能试验机、数字四探针测试仪等设备系统评估模型的力学性能、导电性和热传导性；采用改良减重手术客观结构化技能评估(MBOSATS)工具，由两名经验丰富的外科医生对16名不同经验水平外科医生的操作视频进行盲法评分；运用累积和(CUSUM)分析法绘制学习曲线，确定达到熟练水平所需的训练次数。

力学性能测试结果显示，硅胶模型的最大拉伸强度与人体组织极为接近：胃模型为0.48 MPa，小肠模型为0.75 MPa，而人体胃和小肠组织的报道值分别为0.5-0.8 MPa和0.9 MPa。特别值得注意的是，硅胶模型具有更大的应变伸长率，这有效降低了训练过程中的撕裂风险。10% PVA/PAM水凝胶在饱和NaCl溶液中浸泡6小时后，电导率超过1 s/m，热导率系数保持在0.54-0.58 W·m^-1·K^-1范围内，与生物组织特性高度匹配。

在模型验证方面，表面效度评估显示硅胶模型在美观性、尺寸和胃外观方面显著优于猪器官模型（P<0.05），但在超声刀反应和硅胶小肠缝合触感方面评分较低。内容效度评估中，两种模型在训练合理性、缩短学习曲线等方面均获得中位数5分的高评价。技术真实性评估发现，3D模型在识别Treitz韧带方面表现更优（中位数3分 vs. 1分，P=0.008），但在肠侧侧吻合方面不如猪模型（3分 vs. 5分，P=0.016）。

结构效度评估结果令人印象深刻：MBOSATS评分能有效区分不同经验水平的外科医生，专家组（188.2±1.48）、中级组（145.10±11.45）和住院医师组（64.1±4.19）之间存在显著差异（P<0.001）。手术时间方面，专家组仅需45.94±3.48分钟，而住院医师组需要161.68±10.32分钟，进一步证明了模型的区分能力。

学习曲线分析揭示了训练效果的重要规律。随着训练次数的增加，6名外科医生的操作评分逐渐提高，手术时间明显缩短。住院医师经过8次训练后，有2人的评分甚至超过了未训练的中级医师平均水平。中级医师在4-5次训练后即达到稳定水平，表现出接近专家的操作质量。特别有意义的是，经过训练的住院医师在猪器官模型上的表现与未训练的中级医师无显著差异（P>0.05），而训练后的中级医师在操作评分方面与专家组相当（P=0.557），仅手术时间较长（P=0.002）。

从成本效益角度分析，该3D打印模型仅需2000美元，远低于尸体模型或动物实验的成本。据估计，基于时间差异计算的腹腔镜肠吻合术训练成本约为1500美元/人，而本研究模型的可重复使用特性使其在长期训练中具有显著经济优势。

讨论部分指出，早期3D打印器官模型多使用商业刚性塑料和树脂材料，虽然解剖结构相似，但在颜色、触觉反馈和机械性能方面与生物组织差异显著。本研究采用的硅胶材料成功模拟了正常人体组织的颜色和力学特性，水凝胶材料还具备与生物组织相似的电学、热学和流变学特性。模型采用模块化设计，将手术过程分解为建立小胃囊、创建胆胰支、形成Roux支、肠侧侧吻合和胃肠吻合五个关键步骤，通过荧光标记技术替代昂贵的吻合器钉仓，进一步降低了训练成本。

研究也承认存在一些局限性：样本量相对较小（16名外科医生）；硅胶胃和小肠缺乏真实组织的多层多孔结构；硅胶胃的摩擦阻力较大；获得的手术技能仍需在真实手术环境中进一步验证。这些限制有望随着水凝胶模型等新技术的持续研发而得到解决。

该研究的创新点在于首次开发了专门针对LRYGB手术关键步骤的3D打印手术训练平台，不仅具备真实的机械性能，还表现出优异的实用性。这些模型能有效缩短学习曲线，是理想的手术训练和技能评估工具，为传统训练模型提供了可行的替代方案。最重要的是，它们经济实惠，不受伦理或成本因素的限制，能够满足大量学员的重复使用需求，特别适合在资源有限的环境下推广使用。

这项研究为外科培训领域带来了重要突破，通过技术创新解决了传统训练方法的根本性难题，为提高LRYGB手术的安全性和有效性提供了切实可行的解决方案。随着3D打印和生物材料技术的不断进步，这种训练模式有望在更广泛的外科领域发挥重要作用。