《Cancers》：Development and Initial Validation of High-Fidelity 3D Hybrid Simulators for Training in Complex Pediatric Oncologic Surgery
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背景： 本研究报道了用于复杂儿童肿瘤外科手术训练的高保真三维混合模拟器的开发及其初步表面效度与内容效度验证。儿童实体瘤手术技术要求高，病例数量少，而操作失误会带来终生的肿瘤学或功能后果。高保真模拟提供了一条无需患者风险的结构化训练途径。方法： 研究人员结合三维
背景： 本研究报道了用于复杂儿童肿瘤外科手术训练的高保真三维混合模拟器的开发及其初步表面效度与内容效度验证。儿童实体瘤手术技术要求高，病例数量少，而操作失误会带来终生的肿瘤学或功能后果。高保真模拟提供了一条无需患者风险的结构化训练途径。方法： 研究人员结合三维打印解剖模具与多硬度铂催化硅胶浇铸技术，开发了基于患者源的混合模拟器。再现了三种肿瘤学场景：肾母细胞瘤（Wilms tumor）的保肾手术（nephron-sparing surgery，NSS）、L1期神经母细胞瘤（neuroblastoma），以及伴有大血管受累的L2期神经母细胞瘤。利用Philips IntelliSpace Portal对回顾性影像数据集进行分割，生成基于患者源的STL文件。骨性组件（模拟器盒体、胸壁）采用选择性激光烧结（selective laser sintering，SLS）工艺以PA12聚酰胺制造。硅胶浇铸模具采用熔丝制造（fused filament fabrication，FFF）工艺以基础PLA制造。硅胶材料（Smooth-On Ecoflex和Dragon Skin系列）的选择基于研究人员团队对人体器官力学特性的专业知识，将制造商提供的肖氏硬度数据表值与每种组织类型最接近的可用参考值进行匹配。所有组件按解剖精确顺序组装于患者尺寸的容纳盒内。验证通过结构化研讨会进行，由十五位儿童外科肿瘤学家参与，采用五点李克特量表（5-point Likert scale）。结果： 平均李克特评分（从15位参与者的27次模型评估计算得出的参与者层面复合领域得分）在所有领域均较高：解剖准确性4.14±0.53（中位数4.00，IQR 3.67–4.67），分离真实感4.29±0.45（中位数4.33，IQR 4.00–4.50），触觉保真度4.37±0.56（中位数4.00，IQR 4.00–5.00）。L2神经母细胞瘤模型被认为对于演练高风险血管分离过程中的同步双术者工作流程和预期性沟通特别有价值。结论： 这些混合模拟器提供了一个可重复、高保真的平台，具有专家高度认可的真实感，支持技术操作和协调的双术者工作流程的演练；技能习得及临床转化的正式评估仍有必要。
研究解读：高保真三维混合模拟器在儿童复杂肿瘤外科手术训练中的应用
一、研究背景与问题
儿童实体瘤发生于器官发育过程中，其生物学行为与成人恶性肿瘤截然不同。尽管多模式治疗策略显著提高了生存率，手术仍是决定肿瘤学结局的关键因素。然而，儿童实体瘤手术技术要求极高，尤其当肿瘤紧邻大血管或重要脏器时。例如，肾母细胞瘤（Wilms tumor）的保肾手术（NSS）需要精确的三维理解肾内肿瘤边界、节段性血管解剖和集合系统；而神经母细胞瘤（neuroblastoma）的切除，特别是伴有影像定义风险因素（image-defined risk factors，IDRF）的L2期病变，常需围绕主动脉、下腔静脉等大血管进行环周剥离。由于此类病例罕见，即使在三级转诊中心，外科医生也缺乏足够的实践机会来掌握这些特定技术。传统的学徒制教学模式难以满足这类高风险、低容错率手术的训练需求。现有模拟手段如尸体、动物模型或刚性三维打印模型，分别存在来源稀缺、无法复现肿瘤病理和解剖真实性不足等问题。因此，开发一种能够同时提供解剖真实性和触觉真实性的高保真模拟平台，用于儿童复杂肿瘤外科手术的系统性训练，具有重要的临床和教育意义。
二、研究内容与结论
为解决上述教育缺口，研究人员开发并初步验证了一套整合三维打印解剖模具与多硬度铂催化硅胶浇铸技术的混合模拟器，旨在复现三种高难度儿童肿瘤外科手术场景：肾母细胞瘤保肾手术（NSS）、L1期神经母细胞瘤切除术，以及伴有大血管环周受累的L2期神经母细胞瘤切除术。研究结果表明，该模拟器在解剖准确性、分离真实感和触觉保真度三个维度均获得了儿科外科肿瘤学家的高度评价（平均李克特评分分别为4.14、4.29和4.37）。其中，L2神经母细胞瘤模型被特别指出对于演练高风险血管分离过程中的同步双术者工作流程和预期性沟通具有独特价值。这一研究的重大意义在于，它首次为儿童开放性肿瘤外科手术提供了经过专家验证的高保真训练平台，不仅支持个体技术操作的精进，更开创性地聚焦于团队协作式手术认知的训练，有望在不增加患者风险的前提下，系统性地提升外科医生处理罕见、高风险手术的能力。
三、关键技术方法
研究人员采用的主要关键技术方法包括：1）医学图像分割与三维重建：利用Philips IntelliSpace Portal软件对来自巴塞罗那圣琼德杜医院（Hospital Sant Joan de Déu）的回顾性对比增强CT（AngioTC）影像数据进行半自动分割，提取肾脏、肝脏、脾脏、主动脉及其分支、下腔静脉、骨骼等结构，并在Meshmixer软件中对肿瘤形态进行数字化雕刻；2）模具设计与增材制造：在Rhinoceros 3D CAD环境中设计负腔硅胶浇铸模具，采用熔丝制造（FFF）工艺以PLA材料打印模具，采用选择性激光烧结（SLS）工艺以PA12聚酰胺制造模拟器盒体和胸壁；3）多硬度硅胶浇铸：依据文献报道的腹部器官肖氏硬度数据，选择Smooth-On Ecoflex和Dragon Skin系列铂催化硅胶，通过调整配方匹配不同组织的力学特性，并注入SilTone颜料实现外观染色；4）空心血管结构制备：采用水溶性聚乙烯醇（PVA）作为阳模，涂覆硅胶后溶解PVA以获得通畅、柔顺的空心血管。
四、研究结果
4.1 基于团队的术中认知训练
研究表明，该模拟器最重要的贡献之一在于能够演练协调的双术者工作流程。在NSS模型中，外科医生报告称演练优化了协同实质切开、血管识别和切缘控制的策略。在L2神经母细胞瘤场景中，安全切除需要动员邻近器官并稳定暴露环周受累的血管结构。参与者的定性反馈表明，该模拟器使外科医生能够练习所谓的“操作编排”——一种超越手动灵巧度的概念，涵盖共享的手术视野心智模型，使一名医生推进分离时，另一名医生能预判性地调整暴露。这仍是一个假设生成的定性观察，尚未应用标准化的协调或沟通指标。
4.2 认知负荷分配
研究提出，单个外科医生同时管理暴露、分离和血管监测可能经历认知超负荷，从而增加高风险切除中的错误概率。协调的双术者工作流程可以分散感知和决策需求，可能提高手术安全性。通过复现真实的解剖阻力和血管关系，该模拟器为这种认知分配提供了无患者风险的演练平台。这些基于结构化汇报的定性观察，提示高保真肿瘤学模拟可能不仅是个人技术训练的工具，也是演练基于团队的手术认知的环境。
4.3 与现有模拟平台的比较
现有儿童模拟平台主要针对微创技术或特定开放手术。在肿瘤学领域，已有用于肾母细胞瘤NSS的水凝胶模型，但水凝胶会因脱水而逐渐失去性能。本研究采用的铂催化硅胶方法提供了相当的组织真实性和无限期的储存稳定性。研究人员此前已报道过多材料制造工作流程和用于术前规划的三维原型，本研究将其扩展至程序性模拟和经过验证的团队训练，首次为儿童开放性肿瘤切除（包括肾脏和两种神经母细胞瘤场景）提供了高保真模拟器，并明确涉及协调双术者工作流程的开发。
4.4 局限性
当前模型未整合动态灌注，限制了对术中出血和止血控制的模拟。正式的客观结构化技术技能评估（OSATS）和向临床表现的训练转移尚未评估。参与者数量虽代表目标专家亚专业，但仍有限；需要进行多中心验证。肖氏硬度匹配基于制造商数据表和文献参考，而非独立的力学测试。此外，大多数参与者评估了多个模型，导致模型间的领域得分并非完全独立的观察。
五、讨论总结与结论翻译
研究人员开发并初步验证了复现肾母细胞瘤NSS以及L1和L2期神经母细胞瘤切除术的高保真混合模拟器，整合了基于患者源的三维打印解剖模具与多硬度铂催化硅胶浇铸技术，以再现真实的解剖关系和组织生物力学特性，并获得了儿童外科肿瘤学家的专家验证。这些模型为关键技术操作的演练、NSS中精确的实质保留以及IDRF阳性神经母细胞瘤中的血管分离提供了一个可重复的平台，并显示出在结构化训练协调双术者工作流程方面的潜力，这一假设有待正式评估。在临床暴露本就有限的罕见且技术要求高的儿童肿瘤外科手术中，高保真团队模拟可能是一种有价值的策略，有助于在不使患者面临风险的情况下解决学习曲线问题，其教育有效性尚待正式评估。未来发展方向包括整合动态灌注系统以模拟血管血流和出血场景，进一步扩大血管风险管理方面的训练机会。在精准肿瘤学时代，精准手术——以及协调的手术认知——的刻意训练，对于维持和改善儿童癌症患者的预后可能同样至关重要。
