头颈部皮瓣与植皮手术训练模拟模型的创新进展与教育价值评估：一项系统性综述

这篇综述深入探讨了用于头颈部皮瓣手术训练的模拟模型，分析了其解剖准确性、材料选择、制造工艺及验证方法。研究表明，模拟训练能显著提升外科住院医师的整体表现（Overall Performance）、手术规划（Planning and Design）和操作执行力（Execution），但现有模型缺乏针对皮肤移植（Skin Graft）的专门设计及客观反馈机制。未来需聚焦更高解剖保真度、成本效益和实时反馈系统的整合，以优化外科教育体系。

　　

引言

外科培训领域近年来面临诸多挑战，包括手术病例减少、亚专科化趋势加剧、外科服务集中化以及患者安全考量等因素，限制了实地操作机会。这一背景凸显了开发实践性强化训练工具的迫切性。住院医师培训阶段是获得关键技术能力的关键时期，直接影响患者功能与美学效果的达成。

尤其值得注意的是，各类皮肤癌的发病率持续上升，其中非黑色素瘤皮肤癌（Nonmelanoma Skin Cancer）在西方世界已成为最高发的恶性肿瘤。头面部区域是最常受累的部位，占头颈部病变的80%以上。手术切除常是主要的治疗手段，这凸显了精通外科技术的重要性。

在这些切除手术中，皮瓣（Skin Flap）和植皮（Skin Graft）技术因其复杂性和精细度而尤为突出——皮瓣手术通常难度最大。植皮涉及将皮肤组织完全转移至另一区域，而皮瓣则仍与供体部位相连。手术并发症包括面部张力、缺血（Ischemia）、血液学及感染问题，甚至因面部内部结构和血流动力学异常导致的坏死（Necrosis）。为避免这些风险，对组织进行正确操作至关重要。此外，选择最合适的方法并进行精确的术前规划是成功的关键，这突显了对缺损进行全面评估的重要性。

一项在2013至2014年间针对美国42个皮肤科住院医师培训项目主任的调查显示，住院医师作为主刀医生参与此类重建手术的比例仅为52%。要获得足够练习以熟练掌握这些操作十分困难，而专业技术在头面部手术中尤为重要，因为必须同时维持视觉上的和谐与功能上的完整性。

外科教育中的模拟训练

传统的住院医师和实习生通过理论课程、在皮肤垫和动物模型上实践以及与患者直接互动进行学习。与常规方法相比，模拟（Simulation）提供了一个安全、低压力的环境，有助于技术技能的获取，缩短操作时间并减少术中错误。最终，它能改善患者预后。事实上，皮肤外科模拟的研究已获得积极反馈：2013年的一项调查显示，75%的皮肤科住院医师同意模拟器有益于获取、评估和巩固操作技能，91%支持应将模拟设为住院医师培训的必修组成部分。

就皮瓣和植皮而言，逼真的模拟模型变得至关重要。专业技术涉及组织操作、三维概念化（3D Conceptualization）以及掌握各种重建技术的选择。体验式学习（Experiential Learning）是理解影响皮瓣和植皮设计因素的关键，而这最好通过动手实践来发展。

方法学

通过PubMed和Scopus数据库，使用与皮肤科头面部手术模拟相关的关键词进行了文献检索，包括：头、面部、皮肤、皮瓣、植皮、训练、手术、模拟、模型和皮肤科学。这些关键词通过布尔运算符（AND, OR）进行组合。使用Zotero进行文献管理和去重，并由单一评审者进行研究筛选。选择过程遵循系统评价和Meta分析优先报告条目（PRISMA）流程图进行记录。为纳入最新文章并避免不可靠的比较，仅考虑了2000年后发表的研究。数据以表格形式呈现，并按时间顺序排列研究。

为提高综述质量，基于无需Meta分析的合成（SWiM）方法报告指南进行了叙述性综合。从头模型的几个关键特征进行分析，包括受训技能、解剖代表性、所选材料、制造方法和验证方法，以方便比较和评估它们在外科培训中的作用。评估的主要结局（Primary Outcome）是整体表现（Overall Performance），次要结局（Secondary Outcomes）包括信心（Confidence）、规划与设计（Planning and Design）以及执行（Execution），因为这些参数是最常被评估的。由于研究未提供通用的定量数据，分析基于效应方向（Direction of Effect）进行——若至少一个结局得到改善，即认为研究支持干预措施。基于效应方向的投票计数（Vote Counting）用于评估研究是否提供了干预有效性的证据。

结果

检索结果

PRISMA流程图展示了研究筛选过程。初始检索获得9851条记录，其中5480条为重复文献。经过标题和摘要筛选，剩余的4371项研究中有4354项被排除。其余17篇出版物经过全文审查，最终纳入13项研究。

头模型的特征

对于头面部手术的模拟，能复制人类皮肤特性和下面部结构的模型可提供更精确的训练。该区域的重建可能因特定设计和技术的复杂几何形状而尤其具有挑战性。这突出了逼真头模型的重要性，它们提供了宝贵的练习机会，使受训者能更好地为这类手术做准备。

比较表格概述了2004年至2023年间为教授皮瓣手术而开发的各种模拟器，详细介绍了其设计和功能的多方面情况。

这些模拟器用于评估多种重建技术。实验中评估的技能既包括基本技术，也涉及与皮瓣相关的更具挑战性的操作。值得一提的是，没有模型探讨皮肤移植（Skin Graft）。

解剖准确性在不同模型间存在差异。皮肤是最关键的部位，被模拟为一到三层，包括表皮（Epidermis）、真皮（Dermis）和皮下组织（Hypodermis）。九个模型使用面部模具而非完整的头部表征进行训练。皮肤和面部结构在所有训练工具中一致存在，但少数模型具有额外特征，例如肌肉和模拟病变（如肿瘤）。

所用材料包括合成材料和生物材料。七种模型选择硅胶（Silicone）作为人类皮肤的最佳代表，但一些模型也选择了泡沫（Foam）。猪皮肤（Porcine Skin）和鸡皮肤（Chicken Skin）也被用于尝试增强真实感。制造方法从手动组装到基于计算机断层扫描（CT）或磁共振成像（MRI）数据的3D打印（3D Printing）模型不等。

验证涉及在模拟器上进行实践训练。许多研究未正式评估参与者的反馈，而是采用自由形式的方法；其他一些则通过调查来评估真实感、教育价值和实用性等方面。一些验证更为全面，包括先前的讲座和用于评估模型性能和有效性的练习。

另一个需要考虑的相关方面是不同模型中所用材料的真实感水平。一些研究收集了参与者对此的反馈。硅胶因其与人类皮肤的相似性而受到称赞，但也注意到其局限性，例如其持缝线（Hold Sutures）能力不如人意。此外，它在模拟组织移动性（Tissue Mobility）方面也显现出挑战。与皮肤相比，硅胶在复制脂肪组织方面被评价为具有更高的真实感。另一方面，明胶模型（Gelatin Model）被发现能保持其形状，但同样未能很好地复制组织移动性和灵活性。

另一张表格展示了所评估研究中报告的主要和次要结局。每项研究都根据其在这些类别中的发现进行分析，以表明干预是否受到支持，或者结局是否支持对照组、显示无效果或是不确定/不适用。

Ueda等人未提供关于训练有效性的明确数据，使得难以用所选参数评估模型。Shay等人未专注于模型的验证。在几项研究中，无法分析次要结局，因为它们未被具体提及。关于投票计数，11项研究支持干预，1项研究结果不确定（Inconclusive），1项研究在验证中未应用这些标准。这些结果反映了支持干预的证据趋势。

由于模拟技术的进步和对外科培训日益增长的需求，已有两种产品商业化，为皮肤科和头面部重建手术提供了培训机会。表格展示了旨在填补这一教育空白的可用头模型。

一项研究对Il Duomo Basic with Tumor进行了性能验证。参与者将解剖结构和可重复使用性评为得分最高的参数，但皮肤纹理缺乏真实感。虽然医学生认为该模拟器对于学习基本技能过于复杂，但皮肤科住院医师赞赏其价值，并声明其作为练习工具的潜力。

讨论

头模型的比较分析

区分头模型的最重要因素是解剖准确性水平。包含生物材料（如鸡或猪皮肤）的模型因其与人体组织的高度相似性而被使用。然而，在复制特定面部特征（眼睛、嘴巴等）周围的复杂解剖结构和运动方面，这些材料并不那么可靠。

硅胶是皮肤表征中最常见的选择。因此，它被广泛认为是创建皮肤外科模拟器的最佳材料之一，尤其是在头面部领域。与其他材料相比，它能相对较好地复制人类皮肤的质地，提供更真实的触觉体验。

关于制造过程，较新的模型（如Powell等人开发的模型）在真实感方面提供了显著改进。使用3D打印结合CT和MRI数据，可以实现个性化并具有精确的解剖特征。在模型的精确度方面报告了高满意度，表明其有潜力最终取代尸体或基于动物的模拟。然而，即使是这些先进工具，在模拟组织的复杂性和感觉方面仍存在局限性，尤其是皮肤的灵活性。

一些模型已被证明可以提高信心、技术技能和手术规划能力，而几乎所有模型都证明能有效提高受训者的整体表现。这展示了动手经验在技能发展中的关键作用，这是理论或虚拟模拟无法完全复制的。结果显示11项研究支持干预，表明对头模型的有效性有强有力的支持。

模拟中一个反复出现的问题是成本与真实感之间的平衡。一些被评估的模型提供了可能廉价的解决方案，但由于其简单性，可能不是代表高级手术场景的最佳选择。这对于高级培训来说令人担忧，因为解剖结构和感觉至关重要。另一方面，3D打印模型提供了更详细、解剖学上更精确的面部特征表示，但成本更高。然而，即使是最昂贵、最先进的模型Il Duomo，也无法完全模拟人类皮肤的动力学特性。挑战在于确保模型的可及性，同时不牺牲培训质量。

头模型中已识别的差距

头模型的一个显著差距是极少关注专门为皮肤移植程序构建的模拟器，因为只有一种商业化模型（Cosmo）用于此目的，但并非专用。这种不平衡可能是因为移植是一种较不常用且技术要求较低的方法。然而，这忽视了模拟移植特定挑战的重要性，例如实现适当的贴附和固定。

已识别的最大差距是模型中缺乏用于客观评估性能的反馈机制。虽然大多数模拟器被认为可以提高外科手术技能，但缺乏评估工具阻碍了提供关于技能获取的定量数据，例如施加的力或组织张力。这些指标对于改进技术和识别住院医师和实习生需要加强练习的操作可能至关重要。增加基于传感器的系统和能够跟踪这些参数的软件可以显著提高工具的教育价值。

关于反馈传递的时机，Shay等人的研究得出结论，任何阶段的反馈都能增强长期表现，这与心理学研究一致。然而，在练习期间接收反馈会带来更大的即时改进。

因此，纳入反馈系统将很有价值，使用户能够进行自主练习并实时接收其表现的洞察。这些机制可以检测错误、提出改进建议并监控进展，最终丰富学习体验。

局限性

所纳入的研究存在一些局限性，阻碍了比较和综述结果的可靠性。缺乏标准化的方法学、评估标准、指标和报告结果限制了对该主题的客观评估。研究也侧重于短期结果，例如满意度或即时技能改进，而未考虑长期益处。此外，对照组的缺失和小样本量也降低了结果的可靠性，而基于效应方向的投票计数方法缺乏对观察到的积极效应程度的洞察。

相关研究可能因数据库访问限制、语言障碍或选择标准而被排除在综述之外。SWiM报告条目是提高综述质量和结构的宝贵方法学，但某些条目（例如确定性评估）的实施不完整可能会限制研究结果的标准化和稳健性。

结论

模拟模型可以通过提供结构化、动手的学习环境来改变皮肤手术的培训。头模型对于头面部区域皮瓣和植皮手术的培训特别有益。它们提高了解剖真实感，提供了一个在可控和可重复条件下练习技术的平台。随着技术的进步，这些模型有潜力包含全面的培训体验。整合反馈系统将是一个重大的增强，能够实现自主和客观的技能发展。

因此，未来的方向应集中于具有解剖和感觉真实感的头模型，纳入反馈机制，并降低生产成本。这些发展将使这些模拟器成为头面部皮肤重建外科教育中可行且有效的工具。