双网络复合水凝胶模型：提升内镜黏膜下剥离术训练效果的新型仿真平台

《BMC Gastroenterology》：A novel model of dual-network composite hydrogels for application in endoscopic submucosal dissection

本研究针对内镜黏膜下剥离术(ESD)训练中传统方法成本高、伦理限制大等问题，开发了基于PVA-AM双网络复合水凝胶(DNH)的胃组织仿真模型。该模型成功模拟了胃壁多层结构（黏膜层、黏膜下层、肌层）和生物力学特性，通过20名不同经验层次医师的验证表明，使用该模型训练的医师技术精度显著提高，并发症风险降低，且模型具备可重复使用、成本低的优势，为ESD培训提供了安全有效的替代方案。

　　

在消化道早癌治疗领域，内镜黏膜下剥离术(Endoscopic Submucosal Dissection, ESD)因其能够实现病灶整块切除而显著降低肿瘤复发率，已成为早期胃肠道肿瘤治疗的重要技术。然而，这项技术要求术者具备精准的解剖层次辨识能力和娴熟的操作技巧，传统培训模式面临严峻挑战：离体动物器官存在生物力学差异，活体动物模型受伦理限制且成本高昂，而现有合成模型又难以真实模拟人体组织的多层结构和血管网络。这些局限性严重制约了ESD技术的规范化培训和推广应用。

为解决这一难题，赵飞等研究人员在《BMC Gastroenterology》发表了一项创新性研究，开发了一种基于双网络复合水凝胶(Dual-Network Composite Hydrogel, DNH)的ESD训练模型。该模型通过巧妙的材料设计和分层构建技术，成功模拟了人体胃壁的黏膜层、黏膜下层和肌层结构，同时整合了模拟血管网络和出血响应系统，为ESD培训提供了高度仿真的操作环境。

研究团队采用的关键技术方法主要包括：多层水凝胶结构构建技术（使用PVA-AM体系模拟不同组织层）、模拟血管网络嵌入技术（HA-明胶体系）、生物力学性能调控技术（通过冻融循环和交联度控制），以及电外科性能验证方法。实验招募了20名来自浙江省人民医院的内镜医师（包括专家、主治医师和住院医师）进行模型验证。

操作性能验证

模型成功复现了ESD手术全流程：内镜插入观察、病灶标记、黏膜下注射抬举、环周切开、黏膜下剥离和病灶整块切除。每个步骤都在模型上得到了真实再现，特别是黏膜下注射后形成的抬举效应持续存在于整个手术过程，这与临床实际情况高度吻合。

血管模拟功能

模型创新性地在病灶周围区域嵌入了模拟血管网络，能够真实呈现血管暴露、出血以及电凝止血后碳化的全过程。这一功能为术者处理术中出血并发症提供了宝贵的训练机会。

生物力学性能

拉伸测试显示，DNH模型全层胃、肌层加黏膜下层、黏膜层的平均杨氏模量分别为0.533MPa、0.401MPa和0.168MPa，与文献报道的人胃组织数值高度接近。黏膜层的伸长应变达到325%，这一设计提高了模型的耐用性。电外科性能测试表明，模型在标准ESD刀下的碳化效果和切割阻力与真实组织相当。

训练效果评估

不同经验层次医师的操作时间存在显著差异：专家组的环周切开时间(5.20±0.84分钟)和黏膜下剥离时间(17.60±2.41分钟)明显短于主治医师组(12.60±2.41分钟和22.60±1.14分钟)和住院医师组(23.40±2.07分钟和36.80±3.96分钟)。在手术效果方面，专家组实现了100%的整块切除率和零穿孔率，而住院医师组的整块切除率仅为60%，穿孔率达到20%。

模型真实性评价

专家评分显示，模型在整体外观(中位数=5.5)、解剖准确性(中位数=6.0)和器官尺寸(中位数=5.5)方面获得较高评价，电外科刀响应性(中位数=5.0)也表现良好。在内容效度方面，模型在外科技能提升(中位数=6.0)、信心建立(中位数=6.0)和风险降低(中位数=6.0)方面获得专家一致认可。

研究结论表明，双网络复合水凝胶模型成功克服了传统训练方法的局限性，在生物力学仿真度、操作真实性和训练效果方面均表现出色。与日本KOTOBUKI商业模型相比，DNH模型在成本(40美元vs100美元)和可重复使用性(>5次vs1-2次)方面具有明显优势，同时增加了血管出血模拟和可调节机械性能等创新功能。

该模型的成功开发为ESD培训提供了安全、有效且经济可行的解决方案，特别适合在资源有限的环境中推广使用。通过标准化、可重复的训练平台，有望缩短医师学习曲线，提高手术安全性，最终造福更多消化道早癌患者。需要注意的是，本研究作为单中心探索性研究，样本量有限，未来需要通过多中心大样本试验进一步验证其效果和推广价值。