基于模拟的腹腔镜泌尿外科培训 - 优点和缺点

概要
手术传统上是通过使用Halsteadian原则来教授的，其中包括“看一个，做一个，教一个”。该原则依赖于大量的手术暴露而不是特定的过程结构。微创手术中的模拟允许学习者在手术室外的安全且无压力的环境中练习新的运动技能，从而减少学习曲线。

使用MeSH词语进行非结构化的详尽MEDLINE搜索：“模拟，泌尿科训练，训练模型，腹腔镜泌尿学，腹腔镜技术，内支架，手术模拟器，模拟器验证”。研究了“腹腔镜泌尿外科模拟训练的优缺点”。

结果按以下方式进行了讨论：1。如何进行技能获取？ 2.影响基于模拟器的培训的因素。 3.模拟器和模型类型的描述。 4.验证模拟器。 5.在模拟器上训练后的任务分析。 6.基于模拟的培训效果如何，实时改善手术效果？

优点：模拟器有能力教新手基本的精神运动技能。监督和反馈增强了基于模拟的培训中的学习。它们是传统教学方法的补充而非替代。这些模型可以作为大多数外科培训课程的一部分。

缺点：成本和可用性是关键问题。成本将决定中心模拟器的可用性，反过来可用性将决定受训者是否有机会使用模拟器。此外，教师培训是一个重要方面，可以帮助教师了解模拟在学生培训中的重要性。它将改善的领域以及模拟将提高手术技能的程度取决于各种因素。大多数模拟器无法训练外科医生处理解剖学和生理学变化。目前，不可能使用模拟器重新验证所有外科医生的手术技巧。

介绍
根据定义进行模拟意味着模仿情境或现实世界的过程。[1]基于模拟的培训是飞机驾驶员和国防人员等专业课程的一部分。手术传统上使用Halsteadian原则进行教学，其中包括“看一个，做一个，教一个。”[2]这个原则依赖于大量的手术暴露，而不是特定的课程结构。虽然有效，但可能效率较低，成本较高，并可能使患者处于危险之中。[3,4,5]泌尿外科在过去五十年中迅速发展并且在技术上具有高度依赖性。这种快速发展使新一代泌尿外科医生的培训成为一项重大挑战。[6]泌尿外科手术，如涉及腹腔镜泌尿外科，经皮肾镜取石术和其他泌尿外科手术的手术，在概念上与开放手术不同，需要技能组合，这对开放式外科医生来说极为陌生。特别是腹腔镜泌尿科，其需要2D视觉的三维（3D）想象，外科医生必须适应失去触觉反馈并且支点效应是显著的。 Malcolm Gladwell在他的书“Outliers”中描述了在你的领域中你最需要花费10,000小时的训练，这对于所有顶级运动员，音乐家和其他运动员都是如此。[7]由于规定的工作时间，有限的病例数以及越来越多的居民参加泌尿外科培训计划，泌尿外科学员不可能直接在患者身上练习这么多个小时。对患者进行直接培训对于受训人员和教师来说都是令人沮丧的，对于所有相关人员而言，这是耗时，昂贵且紧张的。 Fahlenkamp等人[8]在他对2047例腹腔镜病例的综述中发现，前100例患者的并发症发生率明显下降，这仅表示在开始腹腔镜泌尿外科手术之前需要进行预训练。微创手术中的模拟允许学习者在手术室（OR）外的安全且无压力的环境中练习新的运动技能，从而减少学习曲线。有大量证据支持在微创手术中使用模拟器;此外，已经有许多尝试在不同的研究中验证这些模拟器。模拟作为泌尿学培训课程的一部分的更广泛使用是小时的需要。

材料和方法
使用MeSH词语进行非结构化的详尽MEDLINE搜索：“模拟，泌尿外科训练，训练模型，腹腔镜泌尿外科，腹腔镜技术，内支架，手术模拟器，模拟器验证。”

以英语发表的相关文章经过严格审查并纳入其中。 “腹腔镜泌尿外科模拟训练的优缺点”按以下方式进行了讨论：（1）技能获取是如何发生的？ （2）影响基于模拟器的训练的因素，（3）模拟器和模型类型的描述，（4）验证模拟器，（5）模拟器训练后的任务分析，以及（6）基于模拟的训练的有效性，实时改善手术效果。

讨论
学习运动技能的步骤
外科医生获得的新运动技能基于Fitts和Posner提出的三阶段理论。[9,10]他们提出，学习运动技能的第一阶段是认知阶段，学生将任务智能化并执行例如，如果任务是使用腹腔镜盒式训练器切割手术手套上标记的圆圈，那么学生首先要学会如何握住仪器，他慢慢地试着用仪器握住手套。非优势的手，然后用惯用手中的剪刀剪掉它。在此过程中，正在开发的技能是手眼协调，灵活性，深度感知，精确度和空间定位。在这个阶段，运动是不稳定的，但通过实践和反馈，受训者进入第二阶段，这是整合阶段。在综合阶段，受训者所拥有的所有技术信息都转化为运动表现。[9,10]如果作者考虑上述圆切割任务，受训者仍然在考虑任务，但他的动作更加同步，流体。练习学习的第三个也是最后一个阶段是自动化。在这个阶段，练习运动快速，精确，高效。适当使用工具和适应这一阶段发展的特定情况的能力。

影响基于模拟器的培训的因素
已经说过模拟器是训练工具，非常重要的是要意识到并非所有的模拟器都是等效的，模拟器提供的训练类型是决定是否可以在实时场景中再现这种技能的关键变量。 11]决定基于模拟器的培训效果的因素包括：

有效的反馈

简而言之，基于模拟器的培训反馈意味着受训者知道他可以采取哪些措施来提高他的表现。反馈是内在的或外在的。内在反馈是通过视觉，听觉和触觉提示获得的输入，例如，受训者在腹腔镜盒式训练器上练习后意识到靠近相机的物体看起来更亮并且移动得更快。[12]外在反馈是指导者提供的反馈;它可以在培训课程结束时作为专家反馈的摘要提供，也可以作为培训期间的同时反馈提供。[13]尽管两者在最初都同样有效，但可以看出，当居民在1个月结束时进行评估时，总结专家反馈更有效，因为它不会分散学生在完成任务时的注意力。此外，任务期间的评论可能会让学生依赖老师。[13]因此，反馈至关重要，应该是简短的，由培训会议结束时的专家提供。

刻意练习

实践肯定会提高绩效，但仍有待回答的关键问题是：什么样的实践？什么时间？而且持续多久？

有意识的练习意味着对特定手术的执行步骤进行有意识的练习。就像有人想到在腹腔镜肾切除术期间练习结肠反折所需的运动技能组合一样。执行此步骤所需的技能组合是灵活性，精确度和手眼协调。因此，为了练习这些，学员可以使用圆形切割练习，在该练习中，在手套的手掌上绘制圆圈，目的是沿着绘制线精确地切割圆圈，而不会伤害手套的后叶。这些有意识的练习将帮助受训者在手术的所有执行步骤中培养运动技能，最终导致更好地转移手术中的技能。[14]在各种研究中已经建议，这种做法应该及时分发，而不是一次性地进行，分配实践允许整合运动技能。[15,16,17]根据专家的意见，受训者应该每天在模拟器上练习45分钟到1小时，直到他们没有达到运动技能自动化阶段，[18]这可能需要3到6个月，具体取决于个人能力。

预训练新手的概念

加拉格尔创造了“预训练新手”一词，它被称为一个将自己的运动和认知技能发展到他在模拟最小访问环境中的任务表现自动化的水平的人。[19]这也意味着当这样的个体面对实时操作场景时，他将专注于学习手术的微小细节或专注于管理复杂情况，而不是挣扎于基本的仪器运动。使用这种系统的后果是作者不知道个人需要什么时间才能达到运动技能自动化的基准阶段。[19]主观和客观的任务分析对于找出谁可以被标记为“预训练新手”非常关键，在评估这些任务时，审查员还必须记住，这些任务是基于添加到他们的时间警告的熟练程度。[ 20,21,22,23]爱立信试图将外科专家定义为一个比其他外科医生一直有更好结果的人。[14,24]

分级和顺序练习

在模拟器上执行任务的难度增加将提高精神运动技能;阿里等人。证明在虚拟现实（VR）模拟器上有更高的难度，学习有所增加。[25]在培训期间，执行相同的任务可能是单调的，增加的困难程度使受训者感兴趣和积极性，这对于长期技能获取非常重要。[19]

认知学习

仅仅是，练习运动技能只会导致训练不完整;模拟器训练必须与认知教学相结合，包括理解正确的事件顺序，解剖学知识和程序性手术步骤。此外，程序步骤分为执行步骤，例如，经腹腹腔镜肾切除术中的结肠反射是程序步骤，其被细分为多个执行步骤，例如沿着Toldt白线切开腹膜，切口将在肾脏的水平，确定结肠和腹膜后脂肪之间的差异，切开脾肾韧带等等。这种详细的认知知识将有助于学习者练习组成部分，并减少并发症。传授认知技能是耗时的，但它仍然不会影响技术技能的获取。[26]

模拟器的分类
使用无生命训练模型的机械模拟器


图1
市售的endotrainer


图2
（a-c）由作者设计的自制非商业用气管器，使用带有多个孔作为端口的胶合板框架，可用于可视化手机和平板电脑摄像头

商业设计的盒式内窥镜包括带有照相机和光源的盒子，其连接到屏幕以便可视化。 该盒子复制了腹腔，腹壁和端口部位，因为它们是商业用途，所以它们是专门设计的并且可以随时使用。 与自制的endotrainer相比，它们更昂贵，但易于组装并经过某种形式的验证测试[表[表11和表22]。

表格1
描述仿真模型的类型



表2
描述模拟器的类型


自制的endotrainer具有与商业endotrainer相同的基本组件，但它们由现成的产品制成，包括塑料盒，纸板箱，木制框架或为其他目的设计的钢框架[表3]。 在一项研究中，许多这些内窥镜没有使用额外的光源并且依靠室内光照射，[27,28,29]只有38％的自制内窥镜具有单独的光源。 其他模拟器使用腹腔镜（17％），发光二极管（8％），手电筒，灯和内置灯作为光源的网络摄像头。[30] 为了可视化，这些培训师使用连接到计算机屏幕的网络摄像头。 最近，许多型号都使用镜子，平板电脑，摄像机和手机作为相机和屏幕[表3]。[28,29,30,31,32]

表3
描述非商业消牙器的类型


在上面提到的研究中，最便宜的自制endotrainer 5美元可以建立，相比之下，最便宜的市售endotrainer可用100美元。作者开发了一种办公室内置矫形器，其成本为500印度卢比[图2]。一项关于模拟器的研究确定了73种内皮细胞，其中60种是非商业性的或自制的，13种是商业上可获得的。上述研究的作者评估了这些培训师的有效性，并得出结论，与非商业性内皮细胞相比，商业上可获得的内皮细胞具有更好的面部有效性，平均得分为6分（满分6分），平均得分为3分（满分6分）。 [30]

使用动画模型的机械模拟器
人体尸体模型
动物尸体模型（猪，鸡）
活体动物模型。
人体尸体模型具有高保真度，但需要类似于手术室设置和仪器的设置，类似于OR室[表格[表11和表22]）。

尸体的可用性有限，并且OR设置的要求使其成为非常昂贵的训练方式。虽然它最详细地模仿了解剖结构，但病理学并不相同，也没有考虑到个体差异。无血场和不合规的组织使得训练稍微困难。

动物尸体模型[图3]是人体尸体的良好替代品，小动物和大型动物的部位可以放置在训练器[图4]并使用训练器械和腹腔镜，可以进行手术。 通过插入动物的较大血管并注入有色水，可以产生像出血这样的实时情况。 一旦切割血管，它就会模拟实时出血，受训者可以使用夹子或结扎进行控制。 这些尸体在新鲜时具有良好的组织处理性能。 使用这些模型的背后是存在潜在的感染风险，这些模型不会复制人体解剖学。


图3
用于肾切除术，猪主动脉分离和插管的尸体猪模型，以便可以注入模仿血流的有色液体


图4
专为尸体猪模型设计的盒式训练器

已经研究了活体动物模型用于腹腔镜手术的训练。[33,34,35]在印度的部分地区禁止使用像猪一样的大型活体动物，并且在任何允许的地方，规定如此严格以至于大多数研究所都不能遵守它们。活体动物模型训练所需的设置非常广泛。但是，他们提供自然的OR房间体验。同样，缺点是与这些模型相关的伦理问题，这些模型中的解剖结构与人类不同。

可用于腹腔镜检查和机器人程序的动物训练模型是
腹腔镜肾切除术模拟器

可以使用猪尸体模型，用导管插入猪主动脉并输注红色液体。将尸体放置在盒式内置器中并使用常规器械。如果切断肾动脉，则会出现红色液体，模仿实时情况。受训者学会剖析，切割，夹住，使用能源，并管理出血等紧急情况[图3]。

腹腔镜肾部分切除术模拟器

同样，可以使用猪尸体模型。 训练师在肾脏上标出一个电烙术，模仿肾脏肿瘤，实习生解剖肾脏，然后指示他切除肿瘤并缝合肾实质[图5]。 具有红色液体的预先干燥的主动脉可用于检查修复的完整性。 泰勒等人。 将琼脂糖注入猪肾中以模拟肿瘤; 同样，Hidalgo等人。 使用塑料注射。[36,37,38] Eun等。 证明使用明胶，Metamucil和亚甲蓝的混合物在猪肾中产生肿瘤样隆起。[39]


图5
猪部分肾切除术模型。 通过电烙标记模仿肿瘤

腹腔镜肾盂成形术模拟器

Ramachandran等。 描述了鸡模型的使用，其中鸡肉和鸡肉食物分别被认为是肾盂和输尿管。[40] 食道和作物通过手术肢解并重新组合以模仿肾盂成形术[图[图66和图7] .7]。 可以通过假定的输尿管注射盐水来检查缝合线是否有任何泄漏。 Ooi等。 使用重新配置的鸡皮来构建肾盂成形术训练模型。[41] 麦克杜格尔等人。 通过输尿管结扎在猪模型中产生输尿管肾盂连接阻塞，并且在6周后，在该模型中进行肾盂成形术。 Chiu等。 和傅等人。 还描述了用于肾盂成形术的猪模型。


图6
鸡的解剖和可用于开发手术模拟模型的部件


图7
鸡模型，模拟pelviureteric交界阻塞，可以实施肾盂成形术

腹腔镜根治性前列腺切除术后尿道膀胱吻合术的模拟器

在鸡模型中，假设鸡是膀胱，而鸡肠是尿道，可以进行尿道吻合术[图6]。切割两个结构，然后使用双向缝合线彼此重新缝合。 Laguna等。已经描述了类似的模型。[42] Katz等人。利用鸡皮和Boon等人开发了一种尿道膀胱吻合模型。使用过的猪肠。[43,44]

虚拟现实模拟器
VR指的是“计算机生成的环境表示允许感知交互，从而给人一种实际存在的印象。”[45]这些培训师帮助受训者在现实生活中训练而不触及患者。这些训练系统的标志是他们提供的反馈，可以记录人体运动的实时跟踪。可以对运动和行动进行客观评估;对这些程序的批判性评估可用于培训课程。许多VR系统为受训者复制视觉，触觉和生理临床情况。表4中描述了各种VR模拟器.VR模拟器虽然根据设计具有可变保真度，但它们是良好的训练工具。学员的成本和可用性也是这些小工具的问题。

表4
描述虚拟现实模型的类型


验证模拟器
验证所有模拟器模型非常重要，因为作者需要科学地确定这些模型是否在训练中具有实用性。 有五种不同类型的有效性，每种有一种验证方法。 面部效度是最简单的有效性，通过回答简单的问卷，新手可以测试设备。[46] 专家测试内容有效性，他认为该设备的实用性。 当将所讨论的设备与标准设备进行比较时，它被称为并发有效性。 通过预测有效性来测试通过模拟器上的训练获得的技能是否可以转移到实际过程。 最后一种有效性是构造有效性; 由此，模拟器可以区分新手和专家。[36,46] [表5]描述了各种类型的验证方法以及如何测试它们。

表5
描述验证方法的类型

在模拟器上训练后的任务分析
有许多评估工具可以对模拟器上获得的手术技巧进行客观评分。由于在手术过程中难以对性能进行评级，因此大多数这些系统使用在OR之外的无生命模型上进行的评分。客观的技术技能评估是在无生命模型上进行的任务分析模型之一。[3]它由检查表格式的10-30个特定手术步骤组成，这些步骤是正在执行的程序的组成部分。此外，进行了5-8次不同的手术观察，例如组织处理和运动的明智使用。这些观察结果按客观标准评定。客观结构化的临床检查是另一种这样的工具。[3]

用于腹腔镜技能训练和评估的Mcgill无生命系统包括在腹腔镜盒式训练器中进行的五次腹腔镜运动，即珠子转移，设计切割，环结扎，体内缝合和体外缝合。[36]该系统已经过美国外科医师学会的验证，并被纳入腹腔镜手术（FLS）计划的基础。[47,48]美国外科委员会要求所有外科医生通过FLS计划。帝国大学外科评估设备是一种更复杂的评估工具，其中使用放在手上的传感器记录手的运动。这些运动被绘制为描记并与设定的标准进行比较。

理想的任务分析工具将是能够预测精神运动技能对真实手术情况的转移的工具;遗憾的是，作者没有可以准确做到这一点的工具。

基于模拟的培训如何有效地实时改善手术效果？
有大量关于外科模拟的文献，它在教授学习者基本技能方面的有效性，使他能够沿着学习曲线前进。但是，目前的数据还无法确定这些技能在实际操作场景中的转移程度。[33]如果必须将目标系统作为培训课程的一部分进行开发，作者能够确定候选人是否有资格进行微创手术，那么证据必须更加稳健。诸如何种模拟，这些实时情况的持续时间和有效性等问题仍然需要回答。

泌尿外科未来发展的范围
随着3D打印的大量涌现，可以创建任何期望的人体器官模型或病理状态。这些模型可以放置在腹腔镜盒式训练器中并进行操作。 Silberstein等。基于成像研究开发了肾脏恶性肿瘤的3D打印模型。[49] Cheung等。描述了基于3D打印开发的肾盂成形术训练模型。[50]目前正在开发VR模型，该模型将提供触觉反馈，如果手术步骤出错则纠正外科医生。

评估人类技能时的道德和技术障碍
基于模拟的训练对外科医生学习曲线的影响只能在实时情况下进行评估。在追踪环境中这样做的道德问题是外科医生意识到他正在被观察，他的表现可能会改变，并且这种锻炼可能会使患者受到治疗。在没有外科医生知道他被观察的情况下评估外科医生是非常难以实现的。

结论
优点
模拟器具有教授新手基本精神运动技能的能力。监督和反馈增强了基于模拟的培训中的学习。它们是传统教学方法的补充而非替代。这些模型可以作为大多数外科培训课程的一部分。

缺点
成本和可用性是关键问题。成本将决定中心模拟器的可用性，反过来可用性将决定受训者是否有机会使用模拟器。此外，教师培训是一个重要方面，可以帮助教师了解模拟在学生培训中的重要性。它将改善的领域以及模拟将提高手术技能的程度取决于各种因素。大多数模拟器无法训练外科医生处理解剖学和生理学变化。目前，使用模拟器无法在手术技能方面重新验证所有外科医生。

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