三维打印关节镜肩部模拟器的有效性评估：对其结构有效性和教育价值的实验评价

《JAAOS Global Research & Reviews》：Validity Assessment of a Three-Dimensional Printed Arthroscopic Shoulder Simulator: An Experimental Evaluation of Construct Validity and Educational Value

三维打印肩关节模拟器教育及有效性验证研究显示，其任务完成时间（P=0.046）和ASSET评分（P=0.017）与商用模拟器存在统计学差异，能更好区分专家与医学生技能水平，且显著提升医学生解剖知识（从52%至84%）。

　　随着现代医学技术的不断进步，手术模拟器在医学教育中的应用日益广泛。尤其是在关节镜手术培训领域，模拟器的使用被认为是提升外科操作技能的重要手段。然而，尽管其重要性被广泛认可，许多外科住院医师和项目主任仍然面临实际操作中的障碍，这些障碍主要集中在经济成本、设备可及性以及培训资源的分配上。为了克服这些挑战，研究人员开发了一种新型的三维度（3D）打印肩关节模拟器，这种模拟器不仅成本低廉，而且具备全球部署的可行性。本研究的主要目标是评估该新型模拟器在肩关节镜手术培训中的教育价值和结构效度，并将其与市面上的现有肩关节模拟器进行比较。

手术模拟器已被证明是提升外科住院医师培训质量的重要工具。已有研究表明，使用手术模拟器进行训练能够显著提高住院医师在实际手术中的操作能力。关节镜手术本身需要大量的练习才能达到熟练水平，很多专家认为至少需要完成50次关节镜手术才能掌握基本技能，而完成复杂手术则需要更多的实践。随着工作时间的限制，住院医师在现实手术中的操作机会可能减少，使得他们难以达到这些技能要求。此外，护理人员短缺以及由于疫情等新型挑战导致的临床活动波动，进一步限制了住院医师能够参与的手术数量。同时，经济压力和住院医师培训自主权的下降，也使得培训资源变得更加紧张。

因此，手术模拟器在医学教育中的重要性不断提升。在美国，84%的外科住院医师和86%的项目主任认为，手术模拟应成为外科培训的必修内容。同时，100%的住院医师表示，模拟器在他们的培训过程中至关重要。然而，尽管有广泛的共识，仍有80%的住院医师表示他们所在的培训项目中没有设立专门的手术技能实验室。这一现象可能与实际培训资源的匮乏有关，因为许多住院医师在进行首次关节镜手术时仍感到不自信。

本研究中，为了进一步提升关节镜手术培训的可及性，开发了一种基于3D打印技术的肩关节模拟器。该模拟器采用常见的熔融沉积建模技术，具有低成本和全球部署的特性。本研究采用前瞻性、随机对照试验的方法，对20名参与者进行分组，包括10名医学本科生和10名经验丰富的外科医生。参与者在两种模拟器上完成四项关节镜手术任务，并通过录像记录和评估工具进行技能评分。此外，参与者还需完成术前和术后的肩关节解剖测试，以评估模拟器对解剖知识的提升效果。

在任务完成时间方面，经验丰富的外科医生在两种模拟器上的表现均优于医学本科生。具体而言，经验丰富的外科医生在现有肩关节模拟器上的任务完成时间平均为295秒，而医学本科生平均为729秒，差异显著（P = 0.003）。在新型3D打印肩关节模拟器上，经验丰富的外科医生完成任务的时间为248秒，而医学本科生为385秒，差异同样显著（P = 0.046）。这表明，无论是现有还是新型模拟器，经验丰富的外科医生在完成关节镜手术任务时都更加高效。此外，医学本科生在完成新型模拟器任务后，解剖测试的平均得分从52%提升至84%，而在现有模拟器上，这一提升幅度较小，仅为52%至76%。这说明，新型3D打印肩关节模拟器在提升解剖知识方面具有更好的效果。

在技能评分方面，经验丰富的外科医生在新型模拟器上的评分显著高于医学本科生（P = 0.017），而在现有模拟器上，这一差异并不显著（P = 0.533）。这表明，新型3D打印模拟器在评估关节镜手术技能方面具有更好的结构效度。而现有模拟器则未能有效区分不同技能水平的参与者。这可能与现有模拟器的设计和材料有关，其在模拟真实手术环境方面存在一定的局限性。

为了进一步验证新型模拟器的结构效度，研究者采用双盲评分方法，由两位具备资质的运动医学外科医生对所有任务进行评分。评分结果表明，新型模拟器在任务完成时间和技能评分方面均能有效区分不同水平的参与者。同时，医学本科生在完成新型模拟器任务后，解剖测试的正确率显著提高，而在现有模拟器上则没有明显改善。这说明，新型模拟器不仅在结构效度方面表现良好，还具有显著的教育价值。

在材料和成本方面，新型3D打印肩关节模拟器的总成本仅为48美元，这使其在经济上具有明显优势。此外，该模拟器的可重复使用性也得到了保障，只有部分泡沫块在使用过程中会被消耗，其余部件可以重复使用。这种设计使得模拟器不仅适用于培训，还能够为每位住院医师提供多次实践的机会。与市面上的现有模拟器相比，新型模拟器的成本更低，且能够实现更高的真实感，因为其采用了与人体肩关节比例一致的模型。

然而，尽管新型模拟器在成本和结构效度方面表现优异，仍然存在一些局限性。例如，评审视频的外科医生可能在观看过程中识别出使用的模拟器，这可能会影响评分的准确性。不过，这种影响在比较经验丰富的外科医生与医学本科生时并不显著，因为评审过程是盲评的。此外，本研究的主要目的是评估新型模拟器在结构效度方面的表现，而非比较两种模拟器之间的差异。因此，未来的研究应进一步探讨模拟器之间的并发效度，以验证其在不同设备上的一致性。

总的来说，本研究的结果表明，3D打印肩关节模拟器在提升关节镜手术技能和解剖知识方面具有显著的优势。它不仅能够有效区分不同技能水平的参与者，还能够为住院医师提供更多的实践机会。与现有模拟器相比，新型模拟器在成本和结构效度方面表现更为突出。因此，这种新型模拟器的开发为解决手术模拟培训中的经济障碍提供了新的思路，同时也为提升外科培训的质量和效率提供了可行的方案。未来的研究可以进一步探讨新型模拟器的长期使用效果和可持续性，以确保其在实际应用中的稳定性。