腹腔镜训练器及手术训练模型的研究进展

腹腔镜训练器及手术训练模型的研究进展

1987年，法国里昂的Phillip Moure完成了世界首例腹腔镜胆囊切除术，随后，腹腔镜技术在世界范围内迅速得到推广和普及。当前，这一技术已运用于外科几乎所有领域，给传统外科带来了一场深刻的技术革命。腹腔镜外科的发展是外科发展史上的里程碑，是21世纪外科发展的方向与主流[1]。

我国腹腔镜技术在 90 年代从腹腔镜胆囊切除术开始起步，发展到现在可以进行各类复杂的肝、胆、胰、脾、胃肠手术。涉及普通外科几乎所有领域。伴随这一技术发展，必然需求更多高素质的人才，当代的医学生是未来医学的接班人，对他们腹腔镜基本知识的传授及基本技能的训练极关重要。

目前进行腹腔镜手术训练主要有三种形式，一是在临床外科手术中，直接通过上级医师的传、帮、带而学习腹腔镜知识与技能。该方法虽然有效，但存在安全隐患，特别是目前患者自我防护意识普遍增高的医疗环境下更不现实；一种是通过计算机仿真模拟系统学习，但该方法因价格昂贵，目前仅能在国内少数医学院校开展；另一种是简易模拟训练器（训练箱），该方法操作简单，价格适当，是初次学习微创外科技术的医学生的首选方法。

1．腹腔镜手术训练器/模式

1．1 视频模拟器方式（训练箱模式，box trainer）

目前有多种用于腹腔镜训练的商品化的模拟器。最简单包括一监视器、训练箱、固定的摄像头及照明灯[2]。这种模拟器成本低廉，操

作者可边看监视器边在箱外使用器械完成箱内的操作。这种设备模拟了腹腔镜下手眼分离的操作，能锻炼操作者腹腔镜下空间感、方向感及手眼的协调运动，是初学者较好的一个训练工具。较好的模拟训练箱其使用的设备应与实际手术过程中使用的设备基本一致。目前模拟器下的训练模式有多种，其目的是为了训练操作者的手眼分离、双手协调运动及精细操作，或模拟实际手术中的一些操作。国内目前并无一整套系统化的训练箱下的训练课程。

1. 2 虚拟现实方式

虚拟现实（virtual reality，VR）是近几年来国内外科技界关注的一个热点其发展也是日新月异[3]。简单地说VR技术就是借助于计算机技术及硬件设备产生三维空间。其主要特征是以人为核心使人身临其境并能进行相互交流、实时操作有如在真实世界中的感觉。虚拟现实最初来自航空公司用于训练飞行员，腹腔镜虚拟现实模拟出的环境和操作较普通的机械视频训练箱相比更为接近真实情况。与普通的训练箱模式相比，虚拟现实不能提供操作的感觉和力度，仅仅能观察如组织器官的弹性变型、回缩、出血等情况。另外，虚拟现实技术设备多较昂贵也是其缺点之一。

1. 3 增强现实技术（Augmented Reality，AR）方式

是近年来国外众多知名大学和研究机构的研究热点之一，增强现实借助计算机图形技术和可视化技术产生现实环境中不存在的虚拟对象，并通过传感技术将虚拟对象准确“放置”在真实环境中，借助显示设备将虚拟对象与真实环境融为一体，并呈现给使用者一个感官

效果真实的新环境。因此增强现实系统具有虚实结合、实时交互、三维注册的新特点。AR技术不仅在与VR技术相类似的应用领域，而且由于其具有能够对真实环境进行增强显示输出的特性，在医疗研究与解剖训练等领域，具有比VR技术更加明显的优势[4]。较理想的增强虚拟现实训练可完全实时模拟现实中的实际操作过程，包括光学设备、操作器械以及操作器械与组织器官的相互作用过程，比如组织器官的弹性变型、回缩、出血以及操作者可以感受到使用器械的触觉感及力反馈。较理想的虚拟现实设备除可以用来训练腹腔镜下的基本操作外还可以完全模拟整个手术操作者的手术过程，就如在真实人体上手术的感受一致。这取决于计算机硬件特别是软件的设计。目前已有商品化的虚拟现实训练系统能部分实现上述功能。

完全可以想象这样的场景在不久的将来当一个初学者初次为病人行腹腔镜胆囊切除前，他已经在增强现实系统上独立完成了50例的虚拟腹腔镜胆囊切除并且成功率在98%以上。而一个有经验的腹腔镜外科医生在开展新手术或复杂的外科手术前，已经在增强现实系统中进行了多次成功的演练从而保证了手术的成功。

2. 腹腔镜训练方法

包括理论学习、模拟训练及临床技能培训三个方面。腹腔镜外科相关理论学习：内容包括腹腔镜发展的历史、腹腔镜系统的组成、工作原理、腹腔镜器械使用方法、保养等。结合录像讲解常见腹腔镜手术的适应证、并发症、腔镜下解剖、手术方式、腹腔镜器械使用、腹腔镜下分离、结扎、缝合等手术技巧。在学习前明确学习培训目标，

授课后检验、考试以巩固学习成效。

2．1 基本模拟训练方法

目前，较通行的用于初学者的标准化的训练方法通常包括以下5项内容，以成功完成任务的时间对初学者加以评价[5]。

棋盘训练（checkerboard drill）：在棋盘格上分别标记数字及字母要求受训者用器械拾起将相应的数字及字母并放入棋盘格上相应标记的位置。主要培养二维视觉下的方向感及手对操作钳的控制。拾豆训练（bean drop drill）：主要是训练操作者的手眼协调能力。操作者一手把持摄像头另一手用腹腔镜器械拾起豆子移动15厘米后放入开口为1厘米的容器内。

走线训练（running string drill）：主要是训练操作者的双手协调能力。模拟腹腔镜下双手持器械把持并移动检查小肠肠管的过程。受训者双手器械持起一段线通过双手协调运动将线段由一端开始逐渐移至另一端。

木块移动训练（The block move drill）：用于训练手的精细运动。在三角形的木块上有一金属环，训练时首先用钳抓持一弯针然后穿过金属环钩住并将其抬起移动到指定位置。

缝合训练（suture foam drill）：要求训练者用持针器持针将两块泡沫材料缝合在一起并在箱内打方结。这被认为是腹腔镜操作中最难掌握的技巧之一。

2.2 简易手术训练模型

上面的训练课程只是训练了操作者的一些腹腔镜操作基本技术

而非整个手术过程。为了使模拟器下的操作更加接近临床实际手术，国外还出现了各种材料制作的手术训练模型，如腹股沟疝修补模型[6]、胆囊切除模型、胆总管切开模型、阑尾切除模型等。这些模型都部分模拟了手术实际情况，操作者可以在这些模型上完成相应手术，通过在这些模型上的训练，受训者可以很快适应和掌握这些手术。2.3 活体动物模式训练方法（live animal models）

即采用动物作为腹腔镜技术操作训练对象。腹腔镜技术开展的初期多采用这种模式。活体动物为外科医生提供了最真实的手术环境比如手术过程中正常组织反应、操作不当时周围组织脏器的损伤、出血甚至动物的死亡等等。手术者在这个过程中可以熟悉腹腔镜手术的设备、器械、腹腔镜系统及配套设备的组成功能和应用。熟悉建立气腹、放置套管的方法，完成手术后，可打开腹腔检查手术完成情况及有无周围脏器损伤。在此阶段除了要求受训者掌握腹腔镜手术的实际操作及有关术式以外，还要注意术者与助手及持镜者、器械护士之间的配合。其主要不足之处是训练成本花费太高[7]。

2.4 腹腔镜临床技能培训

学生经过模拟训练，在掌握基本的腹腔镜操作技能后即可逐步过渡到临床。其过程：通常包括三个阶段：首先是现场手术观摩，这一阶段使学生更进一步熟悉各种腹腔镜设备器械、手术时各种器械的使用方法，老师讲解手术步骤，手术要点，使学生进一步体会和感受腹腔镜手术的全过程。第二阶段是担任手术助手，在腹腔镜胆囊切除或阑尾切除这类相对简单的手术时，可让其担任扶镜手，再担任第一