如今，基于模擬的培訓(xùn)構(gòu)成了程序?qū)W習(xí)曲線的很大一部分，可以使用培訓(xùn)模型獲得。程序訓(xùn)練模擬器模仿人體解剖學(xué)或手術(shù)步驟的某些方面，通過模擬該解剖學(xué)或手術(shù)步驟的特征促進學(xué)習(xí)活動。應(yīng)用手術(shù)模擬器具有多種優(yōu)勢，例如量身定制的培訓(xùn)、方便的編程和維護患者安全。泌尿科醫(yī)生通過在開放式泌尿外科、腔內(nèi)泌尿外科、腹腔鏡和機器人輔助泌尿外科中應(yīng)用程序培訓(xùn)模擬器而受益。不同的模式包括合成、動物組織、活體動物、3D 打印模型、VR 和 AR 模擬器、人體尸體和完全沉浸式模擬。保真度、有效性和可靠性是模擬器的關(guān)鍵特性。本章概述了應(yīng)用于泌尿外科領(lǐng)域的不同類型的模型/模擬器。我們還將提供有關(guān)優(yōu)勢和劣勢的更多信息以及寶貴的提示，以選擇最合適的模擬器以實現(xiàn)最佳培訓(xùn)效果。

7.1簡介

在過去的二十年里，外科培訓(xùn)和教育已經(jīng)摒棄了幾個世紀以來一直致力于培養(yǎng)精通外科醫(yī)生的師徒模式，并逐漸采用了航空和軍事等行業(yè)所遵循的策略，這些行業(yè)嚴重依賴模擬培訓(xùn)而不是真正的培訓(xùn)。生活暴露 [ 1 , 2 ]。傳統(tǒng)的“看一個，做一個，教一個”的培訓(xùn)模式 [ 3 ] 在二十一世紀的外科培訓(xùn)中已經(jīng)失去了認可，通過應(yīng)用模擬，可以使用培訓(xùn)模型獲得大部分程序?qū)W習(xí)曲線 [ 4 ]。從歷史上看，第一臺醫(yī)療模擬器是人類患者的簡單模型 [ 5]. 根據(jù)定義，模型是一種表示形式，通常是縮影，用于顯示某物的結(jié)構(gòu)或外觀，或者是更復(fù)雜事物的簡化版本。當(dāng)無法創(chuàng)建原始手術(shù)條件（程序）時，模型用于分析和解決問題或進行預(yù)測。它們代表真實世界的系統(tǒng)或概念，旨在通過模擬進行測試、分析或用于培訓(xùn)目的。另一方面，模擬是隨著時間的推移實施模型/模擬器，使該模型栩栩如生并展示特定對象或現(xiàn)象在特定條件下的行為。特別是程序訓(xùn)練模擬器模擬人體解剖學(xué)或手術(shù)步驟的某些方面，通過模擬該解剖學(xué)或步驟的特征來促進學(xué)習(xí)活動。由于受訓(xùn)者的學(xué)習(xí)速度和技能各不相同，并非所有人都有足夠的時間通過師徒法按時掌握一項手術(shù)技術(shù)。模擬訓(xùn)練可以方便地學(xué)習(xí)，因為受訓(xùn)者可以在時間允許的時候?qū)W習(xí)，而不必在住院病人稀缺時等待特定的手術(shù)。在手術(shù)室進行培訓(xùn)時，會損失很多手術(shù)時間，因此模擬培訓(xùn)不會減慢列表的進度或減少員工的培訓(xùn)時間。相反，它允許手術(shù)室外的培訓(xùn)根據(jù)個人需求量身定制，避免在同行周圍進展緩慢的尷尬。此外，可以更改特定任務(wù)的終點以滿足受訓(xùn)者的需求，

通過專注于泌尿外科，在腔內(nèi)泌尿外科、腹腔鏡和機器人輔助手術(shù)領(lǐng)域開展了數(shù)量最多的程序培訓(xùn)模擬器和后續(xù)驗證工作[ 6、7、8 ]。相反，開放式泌尿外科手術(shù)模擬只看到了少數(shù)經(jīng)過驗證的模型 [ 9]. 隨著時間的推移，人們使用了不同的工具來幫助外科醫(yī)生獲得技術(shù)技能。盡管它們的組成很簡單，但事實證明，即使是海綿也能像現(xiàn)代虛擬模擬器一樣有助于獲得特定的動作，比如體內(nèi)打結(jié)。盡管如此，今天通過將海綿與復(fù)雜的模擬器進行比較，很容易理解使海綿“過時”的多個方面。為了更好地理解它，我們需要從不同的角度來考慮培訓(xùn)平臺。本章旨在對泌尿外科中應(yīng)用的不同類型的模型/模擬器有一個廣泛的了解。將提供有關(guān)它們的優(yōu)勢和局限性的更多信息。所有可用模擬器的詳盡列表超出了本章的范圍。

7.2模擬器的主要特點

盡管手術(shù)模擬器在泌尿科醫(yī)師中越來越受歡迎，但在將模擬器用于培訓(xùn)和評估之前，必須對其進行嚴格評估以證明其教育效果。需要考慮的基本參數(shù)是獲取有關(guān)關(guān)鍵特征和行為的相關(guān)選擇的有效源信息，并簡化外科手術(shù)模擬中的近似和假設(shè)。

模擬器的保真度表明它有多“逼真”，并且在為特定任務(wù)選擇合適的模擬方面起著至關(guān)重要的作用。真實度或真實性的范圍從完全人為的（低保真度）到真實的現(xiàn)實生活情況（高保真度）。保真度水平應(yīng)適合任務(wù)類型和訓(xùn)練階段。與使用模擬環(huán)境等復(fù)雜的培訓(xùn)輔助工具相比，新手可以使用簡單的模擬器實現(xiàn)相似或更高的技能轉(zhuǎn)移 [ 10 , 11]. 通過展示更高水平的速度和任務(wù)實踐，處于更高培訓(xùn)水平的更有經(jīng)驗的受訓(xùn)者將受益于更高的保真度水平。最好將模擬器與支持其在程序中使用的教育目標結(jié)合使用。

手術(shù)模擬器的可靠性反映了測試或測試設(shè)備的可重復(fù)性和精度 [ 12 ]。

模擬結(jié)果的有效性反映了它們在現(xiàn)實生活中發(fā)生的可能性或模擬產(chǎn)品或服務(wù)滿足其用戶需求的確認。手術(shù)模擬器與一種分析有關(guān)，其最終目標是了解其準確性和可信度。然而，我們越接近科學(xué)分析，尤其是醫(yī)療保健需求，提供該術(shù)語的明確定義就越復(fù)雜。在過去的二十年中，模擬器的驗證主要基于問卷調(diào)查或?qū)＜液托率衷谀Ｐ蜕系谋憩F(xiàn)之間的比較。

不同類型的有效性包括 [ 12 , 13 ]：

面部有效性反映了關(guān)于模擬器真實性的不同意見，包括業(yè)余外科醫(yī)生的意見。它是通過調(diào)查進行評估的，被認為是主觀的，提供的證據(jù)水平最低。

內(nèi)容效度反映了專家對模擬器的看法，以及該模擬器用于培訓(xùn)的合適性和代表性。它還使用調(diào)查進行評估，被認為是主觀的，提供最低的證據(jù)水平。

結(jié)構(gòu)有效性衡量模擬器評估和區(qū)分個人或一組受訓(xùn)者隨時間（在一組內(nèi)）的經(jīng)驗水平或區(qū)分不同經(jīng)驗水平（組間）的能力。

判別效度代表了一種更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)效度形式，它通過在具有相似經(jīng)驗水平的群體中區(qū)分不同的能力

并發(fā)有效性反映了新模型與舊模型和黃金標準的比較，通常是利用技術(shù)技能的客觀結(jié)構(gòu)化評估 (OSATS)。

預(yù)測有效性將模擬期間的表現(xiàn)與手術(shù)室中的表現(xiàn)相關(guān)聯(lián)，通常由 OSATS 測量。

經(jīng)過多年的研究，專家們知道僅通過遵循上述指標來確認模擬器的有效性可能是不正確的。例如，模擬器對于向單個受訓(xùn)者傳授技術(shù)技能是有效的，但對另一個受訓(xùn)者沒有用處。這可以用幾個變量的存在來解釋，例如應(yīng)用課程的類型或所涉及的導(dǎo)師。此外，模擬器的有效性與其真實性并不嚴格相關(guān)，還與預(yù)期的模擬結(jié)果有關(guān)。

在過去的幾年中，結(jié)構(gòu)效度獲得了更多的價值，因為它為我們提供了外科醫(yī)生以前的經(jīng)驗是否會影響他在模擬器上的行為的信息。如今，國際文獻將結(jié)構(gòu)效度和評估方法視為手術(shù)模擬器評估的核心 [ 14 , 15 ]。因此，最近對有效性的概念進行了重新定義，并增加了更新的方面，即測試內(nèi)容、響應(yīng)過程、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、與其他變量的關(guān)系以及測試結(jié)果 [ 16 ]。

測試內(nèi)容反映了手術(shù)模擬器產(chǎn)生預(yù)期結(jié)果的能力。通常由一組專家來決定。

反應(yīng)過程是對評估方法及其反映和評分受訓(xùn)者觀察到的表現(xiàn)的能力的分析。

內(nèi)部結(jié)構(gòu)還側(cè)重于評估方法、其可復(fù)制性和統(tǒng)計可靠性。

與其他變量的關(guān)系將績效與已知的技能或能力測量相關(guān)聯(lián)，例如受訓(xùn)者的臨床背景。

結(jié)果正在考慮評估與手術(shù)室績效改進之間的關(guān)系。

因此，驗證不僅考慮受試者的意見，無論是新手還是專家，或者與以前的黃金標準相比的優(yōu)勢，而且還關(guān)注模擬器的設(shè)計方式、受訓(xùn)者背景的相關(guān)性以及如何關(guān)鍵是評估了解實際獲得的技能。盡管如此，有效性研究仍然受到缺乏公認的定義和測量方法的阻礙 [ 17]. 就培訓(xùn)計劃開發(fā)驗證手術(shù)模擬器的指南達成共識將很有幫助。培訓(xùn)模型的開發(fā)和驗證應(yīng)基于多學(xué)科方法，涉及專家（教師）、居民（學(xué)習(xí)者）、教育家（教授教師）和工業(yè)設(shè)計師（教學(xué)設(shè)施提供者）。

7.3模擬器類型

受訓(xùn)者通常與物理對象交互，該物理對象可以是人體模型或人體或動物身體的一部分?？梢垣@得的技能是技術(shù)性和非技術(shù)性的?？梢允褂脦追N不同的模擬方式獲得技術(shù)技能，包括虛擬現(xiàn)實 (VR) 模擬器、合成模型、動物組織或活體動物以及人類尸體，每種方式都有其優(yōu)點和缺點。非技術(shù)技能模擬培訓(xùn)并未受到太多關(guān)注，但在臨床病房和手術(shù)室環(huán)境中正變得越來越流行。這種類型的培訓(xùn)可以在手術(shù)室中通過全沉浸式和高保真手術(shù)室模擬進行。關(guān)于模擬器分類的各種分類可以在文獻中找到（表7.1）。

表 7.1 模擬器的分類  

來自：程序訓(xùn)練模擬器

學(xué)習(xí)模擬器類別

7.3.1綜合模型

合成模型（圖7.1）已經(jīng)在手術(shù)模擬領(lǐng)域使用了相當(dāng)長的一段時間。然而，在 1990 年代初期引入微創(chuàng)手術(shù)后，對合成模型的需求出現(xiàn)了增長。就在那時，一家位于布里斯托爾的名為“Limbs & Things”的公司成立了。這家公司專注于微創(chuàng)手術(shù)培訓(xùn)的三維模型，并迅速確定了開發(fā)材料、成型和鑄造技術(shù)以有效模擬軟組織的主要需求。自從合成模型應(yīng)用于各種專業(yè)以來[ 25、26、27 ]。在泌尿外科手術(shù)培訓(xùn)中，合成模型主要用于腹腔鏡檢查 [ 28, 29 , 30 ]，因為體內(nèi)縫合是最難的高級手術(shù)技能之一，外科醫(yī)生必須掌握這些技能才能進行高級腹腔鏡手術(shù)。合成模型也被用于模擬陰囊檢查[ 31 ]、開放式泌尿外科[ 32、33、34、35 ]、機器人手術(shù)[ 36 ] 、輸尿管鏡檢查[ 37、38、39、40、41、42、43、44 ], PCNL [ 45 ], TURBT [ 46 ], TURP [47 ] 和 HoLEP [ 48 ]在過去十年中展示了表面、內(nèi)容和結(jié)構(gòu)的有效性（有關(guān)這些模擬器的更多詳細信息，請參見第10、11、12和14章）。

圖 7.1

膀胱沖洗模擬（英國利茲圣詹姆斯大學(xué)醫(yī)院醫(yī)學(xué)教育部提供）

雖然通常結(jié)構(gòu)簡單，但這些模擬器是訓(xùn)練和評估手術(shù)技能的寶貴工具。主要優(yōu)勢在于它們的可用性，因為受訓(xùn)者甚至可以收集所有組件并自己構(gòu)建模型。它們還具有良好的面部有效性，因為它們通常在手術(shù)步驟中實現(xiàn)人體解剖學(xué)的真實表現(xiàn)。另一方面，培訓(xùn)師可能會制定他們的任務(wù)以培訓(xùn)特定的手術(shù)技能。此外，與動物組織或尸體相比，合成模型不存在與其使用相關(guān)的健康和安全問題。因此，培訓(xùn)的地點沒有限制，學(xué)員甚至可以在家中與他們一起訓(xùn)練。然而，在某些情況下，尤其是某些步驟，包括使用液體（例如，流血模擬）會使任務(wù)變得非常混亂。在這些情況下，建議在干技能實驗室等環(huán)境中使用它們更合適。

這些模型還有其他更實質(zhì)性的問題。其中一些被認為在解剖學(xué)上是不正確的。此外，現(xiàn)代合成模型在訓(xùn)練情況下也可能非常昂貴。特別是對于腹腔鏡體內(nèi)縫合，一些材料仍然具有離散的“使用壽命”，因為在它變得無法使用之前只能在其上進行這么多切口。一些市售材料只能使用一次。此外，簡單模型并不總是以與人體或動物組織相同的方式做出反應(yīng)。例如，在用合成模型教授某些類型的縫合技術(shù)時，人造組織容易撕裂，使模擬練習(xí)變得非常困難。

7.3.2 動物組織模型

動物組織材料包括雞肉、豬肉、肝臟或腸塊（圖7.2). 它是最基本的模擬模型之一，已成功應(yīng)用于手術(shù)模擬數(shù)十年。外科醫(yī)生可以使用這些模型來訓(xùn)練廣泛的手術(shù)技能，從縫合到制作和關(guān)閉切口。此外，這些類型的模型很容易獲得、可分發(fā)、便宜且一次性。動物組織的另一個優(yōu)點是適當(dāng)?shù)氖苡?xùn)者接觸真實組織，包括脆弱性和不適當(dāng)或粗暴組織處理的后果。因此，這些模型通常對受訓(xùn)者具有良好的面部有效性，并且對于培訓(xùn)師而言，它們可以很好地了解受訓(xùn)者將如何處理人體組織。動物組織模型已被用于腔內(nèi)泌尿外科領(lǐng)域 [ 37 , 43 , 49, 50 , 51 ]、腹腔鏡檢查 [ 52、53、54、55、56、57 ] 和機器人泌尿外科 [ 58、59 ]，證明了不同程度的有效性。

圖 7.2

用于教授氣孔形成的豬模型（由英國利茲圣詹姆斯大學(xué)醫(yī)院醫(yī)學(xué)教育部提供）

使用動物組織的主要缺點之一包括需要特殊設(shè)施來確保健康和安全 [ 60]. 出于衛(wèi)生和保護原因，獨特的長凳、清潔材料和冰柜始終被認為是必要的。在成為健康危害之前，有限的保質(zhì)期和一定數(shù)量的使用是動物組織模型的額外障礙。另一個困難是對受訓(xùn)者表現(xiàn)的評估存在問題，因為教員應(yīng)該觀察整個訓(xùn)練過程。這個要求對于評估手術(shù)的成品以及受訓(xùn)者在手術(shù)中如何實現(xiàn)是至關(guān)重要的。因此，培訓(xùn)師應(yīng)該意識到成品的外觀可能具有欺騙性。這種問題不僅是基本類型仿真模型的局限性，而且更高級和更昂貴的仿真器也會出現(xiàn)這種問題。

7.3.3 虛擬現(xiàn)實 (VR) 模擬器

虛擬現(xiàn)實是模擬真實環(huán)境的人機界面，呈現(xiàn)三維 (3D) 數(shù)字設(shè)置，同時實現(xiàn)人機交互（圖7.3）[ 61 ]。杰倫·拉尼爾 (Jaron Lanier) 在 80 年代后期在商業(yè)企業(yè)領(lǐng)域引入了這個術(shù)語。從那時起，多年來它主要用于航空工業(yè) [ 62 ]。飛行員和外科醫(yī)生之間可以得出許多相似之處，因為他們都必須學(xué)會管理壓力大和可能危及生命的情況，這些情況也是不可預(yù)測的，并且會立即發(fā)生變化。因此，航空業(yè)所注意到的 VR 模擬的好處激發(fā)了 VR 培訓(xùn)嘗試進入外科手術(shù)培訓(xùn)。

圖 7.3

高保真虛擬現(xiàn)實模擬器（英國利茲圣詹姆斯大學(xué)醫(yī)院醫(yī)學(xué)教育部提供）

從外科醫(yī)生的角度來看，制造商需要定義將從培訓(xùn)中受益的程序或手術(shù)步驟，并提供標準程序或步驟的培訓(xùn)。模擬器應(yīng)提供準確的細節(jié)、解剖學(xué)的精確度和高水平的交互。從制造商的角度來看，需要考慮不同的因素，包括受訓(xùn)人員的數(shù)量和外科醫(yī)生執(zhí)行特定程序的頻率。開發(fā)成本禁止為更專業(yè)或罕見的程序創(chuàng)建模擬器。

VR模擬器的主要特點包括以下[ 63 ]：

視覺現(xiàn)實：模擬器應(yīng)該具有高分辨率才能看起來逼真。

物理現(xiàn)實：模擬器需要交互，設(shè)備需要對受訓(xùn)者施加的力做出反應(yīng)。器官要有彈性，觸摸或抓取器官和組織時要有動態(tài)的真實感；它們需要彎曲和變形，就像它們在現(xiàn)實中所做的那樣。

生理現(xiàn)實：組織需要顯示生命跡象，如器官蠕動、出血和肌肉收縮。他們還需要在被操縱時對現(xiàn)實做出反應(yīng)。

觸覺真實：受訓(xùn)者應(yīng)該感覺到醫(yī)療器械和組織之間的力和壓力。

虛擬現(xiàn)實允許學(xué)習(xí)在計算機上模擬的真實程序步驟，而不會引起任何患者不適或風(fēng)險 [ 64]. 它還允許受訓(xùn)者在執(zhí)行整個程序之前根據(jù)需要經(jīng)常練習(xí)特定的程序步驟。當(dāng)模擬非常接近最終將使用特定技能的自然環(huán)境時，受訓(xùn)者將獲得最大收益。當(dāng)這種重復(fù)與導(dǎo)師針對特定優(yōu)勢和劣勢的適當(dāng)反饋相結(jié)合時，培訓(xùn)課程就變得很理想。此外，模擬器通常提供“動作重放”選項以允許進行性能評估。許多 VR 系統(tǒng)提供客觀的數(shù)據(jù)收集，因此允許對變量進行客觀的反饋，例如完成該過程所花費的時間、錯誤率和運動的經(jīng)濟性。然后，受訓(xùn)者和導(dǎo)師可以評估和評估績效改進。高保真全物理VR模擬器。這種類型的 VR 訓(xùn)練可能是醫(yī)學(xué)模擬中的“圣杯”，因為它模擬了根據(jù)實際患者的圖像數(shù)據(jù)渲染的實時患者解剖學(xué)、生理學(xué)和病理學(xué)。此外，它模擬了真實的手術(shù)器械出現(xiàn)并與模擬組織相互作用，實現(xiàn)了高度的真實感，并且手術(shù)病例是從實際患者中發(fā)展而來的。VR模擬器已被用于模擬各種腔內(nèi)手術(shù)，如膀胱鏡檢查和輸尿管鏡檢查[ 65、66、、PCNL [ 77、78、79 ] 、TURBT和TURP 和激光前列腺手術(shù)。大量研究還證明了 VR 模擬器在腹腔鏡檢查 [ 93 ] 和機器人手術(shù) [ 94 , 95 , 96 ]領(lǐng)域的各種有效性。,

然而，總體而言，VR 模擬仍處于外科培訓(xùn)的底層。需要為 VR 模擬器開發(fā)轉(zhuǎn)移效率比率，以便讓培訓(xùn)師了解在 VR 模擬器上花費的時間與在實際患者身上花費的時間相當(dāng) [ 109 ]]. 還應(yīng)在 VR 系統(tǒng)中添加適度的壓力元素，因為眾所周知這是最佳的學(xué)習(xí)環(huán)境。此外，盡管提供了出色的圖形，但屏幕刷新率仍然存在一些微小的延遲，因此仍然缺乏計算機和用戶之間的快速交互。計算機處理能力的迅速提高應(yīng)該很快就能解決這個問題。此外，當(dāng)前的 VR 模擬器因缺乏觸覺反饋和壓力或紋理的感官輸入而受到阻礙。由于與儀器“接觸”而導(dǎo)致的器官畸形和出血、組織損傷、肌肉收縮和器官蠕動通常沒有得到充分模擬。計算機算法需要檢測物體之間的接觸以及它們之間力的存在 [ 110]. 高保真模擬器還需要溫控室中的專用空間、知識淵博的技術(shù)支持和輕柔的操作。最后，可用的系統(tǒng)也很昂貴，并非所有培訓(xùn)機構(gòu)都負擔(dān)得起，這引發(fā)了 VR 培訓(xùn)資金來源的問題。因此，人們可能會理解，一個好的模擬器不僅是看起來更好的模擬器，而且是能夠更好地遵循有關(guān)預(yù)期結(jié)果的要求集的模擬器。

7.3.4 增強現(xiàn)實 (AR) 模擬器

增強現(xiàn)實提供了一種將數(shù)字信息（如視覺對象或聲音）實時插入自然環(huán)境的方法。在醫(yī)學(xué)中，AR 是指將術(shù)中或術(shù)前成像對齊或疊加到實際患者的圖像或視頻上。硬件包括任何常用的智能設(shè)備（手機/平板電腦）或?qū)Ｓ妙^飾 [ 111]. 外科醫(yī)生將來自手術(shù)區(qū)域的基本視覺信息與超聲、計算機斷層掃描或磁共振成像相結(jié)合，否則這些信息將在手術(shù)室內(nèi)發(fā)揮被動作用。然后可以將重建的圖像配準到解剖標志上，并由計算機根據(jù)組織操作和相機移動進行跟蹤。結(jié)果，向外科醫(yī)生呈現(xiàn)了通過覆蓋組織的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或病變的看似透明的視覺解剖結(jié)構(gòu)。盡管如此，AR 仍處于起步階段，在手術(shù)模擬領(lǐng)域也是如此，因為只進行了一些驗證研究 [ 112 ]。只有有限的泌尿外科研究，尤其是機器人手術(shù)，評估了 AR 對手術(shù)模擬的影響[ 113、114 ], 115 , 116 , 117 , 118 ]。它的重大局限性包括成本、缺乏隱私、圖像配準不準確以及導(dǎo)航精度差。此外，保護患者醫(yī)療信息的機密性也很重要。有保護醫(yī)療保健提供者的指南，擁有患者信息的第三方正在尊重和負責(zé)地管理數(shù)據(jù) [ 119 ]。模擬環(huán)境可能有助于更廣泛地采用該技術(shù)，并且在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中練習(xí)使用 AR 可以減少對其在日常臨床實踐中采用的擔(dān)憂（有關(guān)沉浸式技術(shù)的更多詳細信息，請參見第25章）。

7.3.5 高保真活體動物組織模型

幾十年來，外科和介入醫(yī)學(xué)學(xué)科一直使用活體動物進行訓(xùn)練。在自然手術(shù)室條件下使用真正的手術(shù)器械進行培訓(xùn)可以讓外科醫(yī)生放心。它還提供了有關(guān)儀器行為或與自然解剖學(xué)相互作用的有價值的信息。例如，與 VR 模擬器相比，模擬電燒灼器靠近潮濕活體組織的行為要容易得多。制作初始切口、對真正的血管化組織和跳動組織進行手術(shù)以及練習(xí)傷口閉合是使用活體動物進行訓(xùn)練的額外優(yōu)勢。在泌尿外科，活體動物已在世界范圍內(nèi)用于眾多腹腔鏡檢查 [ 30 ] 和泌尿外科[ 37、43 ]] 培訓(xùn)班。然而，也存在與活體動物訓(xùn)練相關(guān)的各種缺點，尤其是與之相關(guān)的道德規(guī)范。與安置動物、喂養(yǎng)它們以及提供配備與醫(yī)院手術(shù)室類似水平的專用手術(shù)室相關(guān)的大量成本是額外的障礙。此外，獸醫(yī)技師、獸醫(yī)和麻醉師必須在整個手術(shù)過程中始終在場。動物工作的所有上述方面都顯著增加了動物訓(xùn)練的成本。關(guān)于學(xué)員績效評估，有時很難在不犧牲動物的情況下實現(xiàn)。另一方面，在臺式仿真模型中，通過簡單地移除一些仿真器組件并檢查縫合質(zhì)量來評估性能相對容易?；铙w動物模擬模型受到與尸體模擬訓(xùn)練相同的問題的影響。實驗動物不提供有關(guān)學(xué)習(xí)課程的任何可衡量信息，不能用于特定的程序培訓(xùn)?？紤]到各國不同的倫理問題和動物權(quán)利問題，很明顯為什么多年來手術(shù)模擬領(lǐng)域的實驗動物手術(shù)培訓(xùn)課程不斷減少。

7.3.6人類尸體（新鮮冷凍、防腐處理）

維薩里 (Vesalius) 是第一個將已發(fā)表的解剖信息與 1542 年尸體解剖揭示的事實進行對比的人 [ 120 ]。從那時起，人體尸體一直并可能在醫(yī)學(xué)訓(xùn)練期間探索人體解剖學(xué)方面發(fā)揮重要作用 [ 121 ]。在外科領(lǐng)域，培訓(xùn)期間的尸體課程在專家和學(xué)員中仍然很普遍。特別是，培訓(xùn)師重視由見習(xí)外科醫(yī)生開發(fā)基于觸摸的人體解剖學(xué)地形圖?；谟|摸的學(xué)習(xí)是尸體模擬的主要優(yōu)勢之一，因為這方面繼續(xù)需要 VR 模擬領(lǐng)域的進一步發(fā)展。解剖是發(fā)展觸摸技能的必要練習(xí)，這在手術(shù)中是必不可少的 [122 ]。盡管許多研究小組進行了長時間的調(diào)查，但總體而言，目前存在于醫(yī)療模擬器中的“觸覺”的價值仍在爭論中。此外，將觸覺組件添加到 VR 模擬的成本是巨大的。尸體工作的另一個顯著優(yōu)勢是它提供了對深層結(jié)構(gòu)的教學(xué)和理解，以及理解解剖結(jié)構(gòu)的三維組織及其尺寸、密度和不同類型組織強度的合理方法 [ 123 ]]. 綜上所述，專家認為，人體尸體訓(xùn)練為外科醫(yī)生學(xué)習(xí)技術(shù)和器械鋪平了道路，是他們醫(yī)學(xué)教育的關(guān)鍵。最重要的是，人類尸體對研究生外科培訓(xùn)課程的需求很大，例如腹腔鏡或機器人輔助手術(shù)。

盡管尸體模擬訓(xùn)練具有上述優(yōu)點，但對 1980 年代尸體使用的回顧導(dǎo)致教學(xué)時間顯著減少 [ 124 ]。隨著包括 VR 在內(nèi)的其他類型模擬的快速發(fā)展，一些不可否認的尸體訓(xùn)練缺點可能導(dǎo)致了這一事實。

耗時：尸體準備和解剖是一項非常耗時的活動。

勞動密集型/解剖學(xué)家短缺：部分原因是缺乏經(jīng)過適當(dāng)培訓(xùn)和合格的教師

尸體不可用：近年來，許多國家為醫(yī)學(xué)研究捐贈的人體有所減少，這可能是由于公眾對醫(yī)學(xué)專業(yè)的信心顯著下降。

不受歡迎的驗尸變化：尸體解剖學(xué)不同于活體解剖學(xué)，可能會誤導(dǎo)受訓(xùn)者。

昂貴：尸體的獲取、防腐、存儲、維護和處置成本高昂。

不美觀： 尸體聞起來很丑，看起來很丑，令人厭惡。

潛在的健康危害：

防腐液成分（甲醛、二甲苯）的危險

傳染性海綿狀腦炎、人體免疫缺陷病毒、結(jié)核病和肝炎等傳染病的危險

社會心理影響（恐懼和焦慮）

此外，尸體手術(shù)模擬因防腐/保存技術(shù)改變組織質(zhì)量而受到批評 [ 125 ]。由于組織剛性以及顏色和柔韌性的改變，在傳統(tǒng)防腐尸體中模擬高級外科手術(shù)通常是不可能的。因此，使用新鮮冷凍尸體是此類培訓(xùn)的流行選擇[ 126、127 ]。然而，新鮮尸體缺乏進行多種手術(shù)技術(shù)的壽命期并具有感染性疾病的風(fēng)險。此外，新鮮冷凍尸體的結(jié)構(gòu)有效性最近才成為微創(chuàng)手術(shù)的培訓(xùn)工具，包括腔內(nèi)泌尿外科和機器人手術(shù) [ 126 ], 128 , 129 , 130 ]。

Walter Thiel 在 1990 年代開發(fā)的尸體防腐方法 [ 131 , 132]，保留器官和組織的體積、形狀、顏色和回聲性，使解剖與新鮮冷凍的尸體相當(dāng)。這種方法可提供長達數(shù)十年的長期保存，毒性低，不需要冷卻，只需將尸體定期浸泡在保存液中即可。防腐液基于水、乙二醇、強氧化鹽和少量殺菌/抗真菌劑的混合物。這種類型的保存允許血管的滲透性和未收縮或浸泡的組織的柔韌性。甲醛、3-氯-4-甲酚、嗎啉等更多有害成分僅以微量使用，提高了處理尸體的安全性。額外的灌注溶液也由一般的基本溶液制備。這些溶液通過血管或消化道壓力注入，以固定尸體的不同隔間。整個過程持續(xù)幾天，然后將尸體浸入類似的溶液中，液體和組織的緩慢化學(xué)反應(yīng)在此完成，持續(xù) 6 個月。防腐過程之后可以將有色硅（間聚物）注入靜脈和動脈 [133 ]，為各種手術(shù)訓(xùn)練技術(shù)創(chuàng)造了高度逼真和逼真的方法。Thiel防腐尸體適合大多數(shù)外科專業(yè)的培訓(xùn)[ 134、135、136、137 ]。盡管如此，盡管 Thiel 的方法具有上述優(yōu)點，但并未得到廣泛認可，全球僅 10% 的解剖實驗室應(yīng)用 [ 138 ]。已經(jīng)描述了 Thiel 方法的缺點，強調(diào)該技術(shù)中受過訓(xùn)練的人員較少、成本相對較高以及固定過程持續(xù)時間長[ 137、139 ]。最后，只進行了少數(shù) Thiel 防腐尸體研究 [ 140]，它們對泌尿外科手術(shù)的結(jié)構(gòu)有效性需要進一步研究 [ 141 ]。

總而言之，尸體一直被認為是最好的訓(xùn)練平臺，因為它與活體患者幾乎完美匹配。它們已在世界范圍內(nèi)用于解剖學(xué)研究和學(xué)術(shù)解剖學(xué)講座。經(jīng)驗豐富的外科醫(yī)生開發(fā)新的外科手術(shù)也是一個很好的案例。然而，作為解剖學(xué)描述的完美選擇，用于模擬的尸體缺乏一些評估和保真度要求。特別是在微創(chuàng)手術(shù)中，隨著虛擬現(xiàn)實和臺式模擬器變得更加復(fù)雜，獲得必要技能的情況變得越來越弱。

7.3.7 3D 打印模型

三維 (3D) 打印是 1986 年引入的一種增材制造工藝，通過紫外線聚合光敏樹脂 [ 142 ]。該領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展導(dǎo)致工程師利用數(shù)字對象和不同的可打印材料（如聚合物、金屬和蠟）構(gòu)建復(fù)雜的 3D 模型 [ 143 ]。這種演變導(dǎo)致了 3D 打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的快速擴展，它被用于復(fù)制組織、器官和器官病理學(xué)。在泌尿外科，3D 打印通過幫助外科醫(yī)生更好地了解解剖結(jié)構(gòu)、提高技能、識別病變及其與周圍結(jié)構(gòu)的關(guān)系證明了其價值[ 144、145、146 ]]. 復(fù)制的器官包括腎上腺、腎臟、盆腔系統(tǒng)和前列腺，不同的手術(shù)模型包括輸尿管軟鏡檢查 [ 42 ]、部分腎切除術(shù) [ 147 ] 和 PCNL [ 148、149 ]。

好萊塢特效團隊最初使用“選角”方法。在手術(shù)模擬領(lǐng)域，器官是從 DICOM 圖像開始用粘土塑造的。粘土模型經(jīng)過精細的細節(jié)處理后，用石膏覆蓋，形成兩個獨立的硬殼。移除后，將選擇的材料（通常是硅或水凝膠）倒入并等待固化。如今，更先進的 3D CAD 技術(shù)使流程變得更加簡單；處理 DICOM 圖像時，會創(chuàng)建器官的 3D 模型，然后在屏幕上設(shè)計兩個外殼，最后進行 3D 打印。澆注材料也發(fā)生了變化，最近引入了水凝膠來塑造更逼真的模型。水凝膠是一種更復(fù)雜的成型材料，因為它的高比例水使模型非常接近實際器官。然而，

在大多數(shù)情況下，3D 打印模型和程序模擬已經(jīng)證明了短期技術(shù)技能的提高以及出色的表面和內(nèi)容有效性 [ 150]. 這些合成材料的一個顯著優(yōu)勢是它們可以根據(jù)模擬要求高度定制為更硬、更軟、可拉伸或有紋理。特別是桌面 3D 打印機可以打印任何塑料，從聚乳酸 (PLA) 到樹脂，再到回收塑料。專用生產(chǎn)機器可以輕松地為軟塑料建模，即使還不能直接從 3D 打印機擠出機打印出來。然而，盡管它們的質(zhì)量很高，但生產(chǎn)成本目前構(gòu)成了 3D 打印仿真模型的重大缺點。盡管如此，在過去十年中，一些工具已經(jīng)使小型系列的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品變得更加實惠，并且 3D 軟件和掃描儀總是變得更便宜（更多詳細信息請參見第26章）。

7.3.8 高保真/人類患者模擬器

在此設(shè)置中，學(xué)員正在處理連接到計算機的物理人體模型。這個模擬分支，也稱為全環(huán)境模擬，在 1960 年代已經(jīng)被麻醉師廣泛開發(fā)和驗證。最初開發(fā)人體模型是為了教授氣道管理和復(fù)蘇技能，并與計算機結(jié)合使用以增強模擬器的能力和真實性 [ 151]. 這些模擬器可用于進行全面模擬，受訓(xùn)者可以借此體驗真實的監(jiān)控、對藥物的生理反應(yīng)和高保真度。人類患者模擬設(shè)施可以將這種實踐整合到一個完整的課程中，由培訓(xùn)師修改模擬難度，并允許在受控環(huán)境中進行實踐，這些環(huán)境可以捕獲有效地接近臨床經(jīng)驗的臨床變化。這組模擬器的新成員不斷進入市場，模擬不同的醫(yī)療場景并提供超聲評估等復(fù)雜技能的培訓(xùn)。

這種模擬器可以大大增加任何醫(yī)療或外科培訓(xùn)計劃的培訓(xùn)資源。然而，人體模型非常昂貴，需要專門的空間和技術(shù)支持，以確保最佳的培訓(xùn)使用。還需要價格不菲的定期軟件更新。經(jīng)驗豐富的教員隊伍也被認為是必要的，他們負責(zé)運行和評估培訓(xùn)課程。該培訓(xùn)設(shè)施可能最適合緊急或重癥監(jiān)護場景的團隊培訓(xùn)環(huán)境。它可以在醫(yī)學(xué)院、實習(xí)期間或當(dāng)受訓(xùn)者獲得他們可以在手術(shù)室或急診室環(huán)境中實施的特定介入程序技能時，整合到外科培訓(xùn)計劃中。盡管如此，團隊訓(xùn)練環(huán)境場景可能不是獲得必要手術(shù)技能的最佳情況。在基于程序的醫(yī)學(xué)中，醫(yī)師績效的一個不可協(xié)商的單位是介入醫(yī)師以適當(dāng)?shù)乃?、安全和及時的方式執(zhí)行程序的能力。

7.3.9 全沉浸式高保真手術(shù)室模擬

這種類型的模擬在過去 20 年中已在醫(yī)學(xué)模擬訓(xùn)練中得到實施，目前作為一種有價值的臨床研究工具，用于評估設(shè)備、人員和系統(tǒng)的臨床性能（圖7.4）。在這種情況下，“模擬器”是模擬設(shè)置，可用于解決復(fù)雜臨床環(huán)境（如急診室、手術(shù)室或臨床病房）特有的因素。模擬設(shè)施可以建立在任何開放空間。模擬臨床場景旨在反映感興趣的環(huán)境，并用于評估臨床醫(yī)生的表現(xiàn)，而不會增加工作量或妨礙患者護理 [ 152 , 153 , 154]. 還有一個額外的好處是確保不會對患者造成傷害，解決臨床環(huán)境的倫理限制 [ 155 ]。模擬臨床場景設(shè)計很復(fù)雜，包含范圍廣泛的組件以復(fù)制臨床環(huán)境。許多研究報告使用全沉浸式模擬來評估設(shè)備性能 [ 156 ] 、臨床醫(yī)生的技術(shù)和非技術(shù)技能 [ 157、158、159、160、161 ]以及影響臨床性能的人為因素[ 162、163 ]]. 全沉浸式模擬也被用于發(fā)現(xiàn)不可預(yù)知的患者安全威脅，例如環(huán)境因素 [ 164 ]。可以采用多種方式，包括旨在提供特定技能經(jīng)驗的兼職培訓(xùn)師 [ 165 ]、經(jīng)過精心培訓(xùn)以準確扮演有健康問題的患者角色的標準化患者 [ 166 ]，以及全身模擬器是計算機驅(qū)動的人體模型，具有不同的保真度 [ 165 ]。這種類型的模擬的用途不僅限于醫(yī)學(xué)教育，還可以作為一種研究工具來調(diào)查重要的研究問題，通過研究可能無法測量的各種臨床實踐方面 [167 ]。系統(tǒng)的循證方法被認為是開發(fā)有效和可靠的模擬臨床場景的必要方法，以用作研究中的評估方法 [ 168 ]。

圖 7.4

SimMan ?與演員一起進行場景交付（英國利茲圣詹姆斯大學(xué)醫(yī)院醫(yī)學(xué)教育部提供）

全尺寸圖片  

在過去十年中，全浸入式模擬環(huán)境也已應(yīng)用于泌尿外科。團隊合作、溝通和決策等技術(shù)和非技術(shù)技能已在查房和不同的操作程序中得到評估。不同的研究通過對參與者反饋進行定性分析，評估了模擬查房對臨床醫(yī)生非技術(shù)技能培訓(xùn)的影響[ 169、170 ]]. 場景包括扮演病人的演員和模擬電話交談，而分散注意力的是不同的參與團隊成員。觀察員住在一個單獨的房間里，場景實時投影在屏幕上。參與者積極接受模擬查房練習(xí)，非技術(shù)技能也有顯著提高。

不同的研究小組已經(jīng)應(yīng)用完全浸入來模擬輸尿管鏡檢查和前列腺 TURP。作者已經(jīng)證明技術(shù)和非技術(shù)性能之間存在很強的相關(guān)性，無論接受的培訓(xùn)如何，并強調(diào)所有非技術(shù)技能組合對于技術(shù)性能都是必不可少的。他們得出結(jié)論，這兩種技能都應(yīng)該在同一培訓(xùn)課程中一起培訓(xùn)和評估 [ 171 ]。同一個研究小組可以展示 TURP 期間技術(shù)和非技術(shù)技能培訓(xùn)的全浸入式模擬環(huán)境的表面、內(nèi)容和結(jié)構(gòu)有效性。作者得出結(jié)論，這種模擬類型是對傳統(tǒng)課堂模擬培訓(xùn)的寶貴補充 [ 172 ]。

研究評估了腹腔鏡腎切除術(shù)過程中的技術(shù)和非技術(shù)技能 [ 173 , 174 , 175]. 在這些環(huán)境中，泌尿科住院醫(yī)師隨機與經(jīng)過認證的注冊護士和麻醉師配對。已使用具有嵌入式腫瘤和高保真人體模型的獨特聚乙烯醇腎臟模型。腳本事件包括患者對藥物的過敏反應(yīng)、對氣腹的血管迷走神經(jīng)反應(yīng)、充氣器故障、二氧化碳栓塞、肺門清掃過程中的腎靜脈損傷，以及病理報告中錯誤的患者或標本數(shù)據(jù)。場景被評為有助于培養(yǎng)不同團隊成員之間的溝通技巧，并讓住院醫(yī)師意識到手術(shù)室中不太可能但潛在的嚴重錯誤。在機器人泌尿外科領(lǐng)域，很少有人努力開發(fā)非技術(shù)技能評估工具，176 ]。

7.4哪種模擬器最適合這項工作？

一個理想的模擬器：

對受訓(xùn)者的干預(yù)給出自動響應(yīng)（即時反饋），無需教師輸入。

在沒有講師在場的情況下評估表現(xiàn)并在課程結(jié)束后向受訓(xùn)者提供反饋。

使學(xué)習(xí)獨立，以便受訓(xùn)者可以在沒有教師在場的情況下完成模塊。

啟動成本低。

可復(fù)制、可重復(fù)使用、便攜。

帶來最小的健康風(fēng)險。

使用真正的儀器。

考慮到這些信息，很容易理解完美的模擬器或模型尚不存在。不同的模擬器更適合不同的任務(wù)、程序、受訓(xùn)者或培訓(xùn)項目。因此，建議任何試圖建立模擬培訓(xùn)計劃的機構(gòu)或有興趣私下購買模擬器的學(xué)員考慮幾個基本參數(shù)。

7.4.1不同模擬器的優(yōu)缺點

Aydin 及其同事在一篇進行良好的審查中列出了不同模擬模式（表7.2 ）的優(yōu)點、缺點和適用性[ 9 ]。一些優(yōu)勢可以使模擬器成為某些人的有利選擇。另一方面，特定的缺點可能成為將特定方式從特定培訓(xùn)計劃中排除的重要原因。

表 7.2 可用模擬器模式的類型（修改自 Aydin 等人 [    9 ]）  

全尺寸表  

7.4.2 訓(xùn)練模塊化

在新手外科醫(yī)生培訓(xùn)的早期階段，簡單的合成材料（如海綿）可以滿足外科培訓(xùn)工具（例如打結(jié)）的所有要求（一致性、尺寸）。向前邁出的一步與模型以及為每個任務(wù)提供的預(yù)設(shè)規(guī)則和目標有關(guān)。為了促進技能進步和標準化，最近引入了動手培訓(xùn)中的模塊化概念。這一概念旨在以標準化、可復(fù)制的方式為每個外科手術(shù)定義培訓(xùn)途徑，并將外科實踐分為基本、中級和高級任務(wù)?；救蝿?wù)被定義為簡單的 操作，例如移動物體或切割紗布。中間任務(wù) 包括一個更復(fù)雜的動作，將不同的簡單動作放在一起，需要完全掌握基本任務(wù)才能適當(dāng)?shù)亟咏?。最后，一項高級任?wù) 是整個外科手術(shù)，由不同的程序步驟和復(fù)雜的操作組成。人們可能很容易理解，受訓(xùn)者應(yīng)該逐漸從簡單的任務(wù)過渡到高級的任務(wù)。這種模塊化途徑使我們能夠?qū)⒑铣刹牧希ê＞d）分類為基本任務(wù)模擬器，將腎盂成形術(shù)模型分類為中級任務(wù)模擬器，將尸體和豬分類為高級任務(wù)模擬器。關(guān)于模型構(gòu)成，人們可能會理解，從“基本”到“高級”通常需要更多細節(jié)，因此與實際患者更相似。

7.4.3 學(xué)員參與

崔等人。[ 177 ] 已經(jīng)證明了模擬、保真度和現(xiàn)實主義之間的聯(lián)系，以及這種相關(guān)性如何增加受訓(xùn)者的參與度。學(xué)員的參與度越高，他們通過模擬學(xué)習(xí)的機會就越多。教育工作者應(yīng)該找到創(chuàng)造性地促進學(xué)員參與的方法 [ 178]. 大學(xué)和非學(xué)術(shù)機構(gòu)通常將醫(yī)院體驗的真正含義與模擬體驗的真正含義區(qū)分開來，這一事實將模擬的重要性降到最低。提高模擬體驗真實感的建議是使用類似的術(shù)語，如“校內(nèi)臨床”和“校外臨床”，向?qū)W員傳達模擬實驗室體驗與醫(yī)院體驗相當(dāng)?shù)男畔?。事實上，精心設(shè)計的模擬程序?qū)κ苡?xùn)者更有益，因為它可以提供他們在自然臨床環(huán)境中可能無法獲得的體驗。此外，臨床現(xiàn)場缺乏的一件事是通過指令進行共同控制。另一方面，教育工作者可以完全控制模擬，包括患者的疾病、并發(fā)癥和不同的受訓(xùn)者分配。

7.4.4增加仿真器/仿真的保真度和真實感

選擇更適合特定模擬和適當(dāng)場景的保真度類型和級別，以最大化受訓(xùn)者的學(xué)習(xí)。

預(yù)培訓(xùn)生。

在開始模擬之前，給受訓(xùn)者幾分鐘時間作為一個團隊進行計劃。

如果受訓(xùn)者遇到困難，請?zhí)峁┓答伜吞崾尽?/p>

讓它盡可能自然。使用實際設(shè)置中使用的儀器。

可能的話，使用聲音、氣味或視覺刺激。

嘗試幫助學(xué)員學(xué)習(xí)重要的培訓(xùn)概念，并讓他們將這些概念付諸實踐。

不管上述參數(shù)如何，應(yīng)該強調(diào)的是模擬器本身可能并不那么重要，因為有各種各樣的其他人可以做類似的工作。培訓(xùn)師必須為正確的工作選擇合適的模擬器，并意識到模擬器只是提供培訓(xùn)課程的工具。對于學(xué)員來說，課程才是王道，而不是模擬器。最重要的是，如果允許培訓(xùn)師教授和培訓(xùn)所需技能并評估他希望受訓(xùn)者獲得的技能，則模擬任務(wù)的功能是最佳的。

7.5總結(jié)

有大量的程序訓(xùn)練模擬器也已應(yīng)用于泌尿外科領(lǐng)域。其中包括合成、動物組織、活體動物、3D 打印模型、VR 和 AR 模擬器、人體尸體和全沉浸式模擬。保真度、有效性和可靠性是模擬器的關(guān)鍵特性。迄今為止，還不存在完美的模擬器，因為所有的優(yōu)點和缺點都是如此。因此，在建立模擬訓(xùn)練計劃之前，應(yīng)考慮培訓(xùn)模塊化、受訓(xùn)者參與度、提高保真度的方法和現(xiàn)實主義等幾個基本因素，以根據(jù)受訓(xùn)者的需要選擇最合適的模擬器。

關(guān)鍵點

不同的模擬器模式包括合成、動物組織、活動物、3D 打印模型、VR 和 AR 模擬器、人體尸體和全沉浸式模擬。

保真度、有效性和可靠性是模擬器的關(guān)鍵特性。

選擇模擬器時重要的附加參數(shù)包括成本、數(shù)據(jù)捕獲、反饋、可重用性、再現(xiàn)性、便攜性、健康危害以及對特殊設(shè)施或受過培訓(xùn)的人員的要求。

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Tokas, T., Biyani, C.S., G?zen, A.S. (2022). Procedural Training Simulators. In: Biyani, C.S., Van Cleynenbreugel, B., Mottrie, A. (eds) Practical Simulation in Urology . Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-88789-6_7

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