泌尿外科开放式手术模拟

15.1简介

开放式外科培训传统上基于“看一个，做一个，教一个”的学徒模式 [ 1 ]。虽然这种模式在过去几代人的教育和培训外科医生方面很有效，但现在已不再如此。受训者在手术室度过时光的机会变得更加有限。由于工作时间指令、更大的受训者队列和更短的轮班模式导致的时间限制导致了暴露的减少以及培训师和受训者之间缺乏连续性 [ 2 , 3 ]。众所周知，在外科医生的初始学习曲线期间，大多数手术错误都发生在手术室中[ 4、5]. 对患者安全的日益重视、诉讼的增加和患者期望的提高意味着能力不能再仅仅通过活体患者获得 。结果是从手术室转向基于仿真的模型。

泌尿外科一直处于技术、技术和培训方法进步的前沿。由于机器人、腹腔镜和腔内手术的封闭腔性质，它们特别适合虚拟现实和台式合成模拟训练 [ 8 ]。开放手术的模拟训练仍然是一个挑战。微创技术的进步意味着大部分传统的开放式外科手术不再开放进行。可以根据这些微创技术轻松定制仿真模型，这意味着可以安全有效地监控受训者的学习曲线。随后可以在结构化方法中评估和验证能力 [ 9 ]。然而，开放手术的作用仍然存在。微创技术尚未完全消除复杂择期手术中对开放手术技能的需求，尤其是在急诊和创伤环境中。

受训者住院期间接受高级开放手术的机会仍然有限。许多即将完成实习的学员仍然担心自己在这些领域的能力水平。一项针对英国受训人员的调查强调了高级受训人员在开放手术技能方面的有限接触和信心水平[10]。因此，模拟已成为获得完成培训所需的这些关键能力的宝贵工具。因此，模拟培训已正式纳入英国最新的外科培训课程。作为英国开发的泌尿外科模拟训练营（USBC）的一部分，实践培训（在第28章中详细讨论）已成为所有新泌尿外科学员的强制性要求。

高级开放程序在将其适应仿真模型方面提出了重大挑战。这反映在可用型号的数量有限上。虽然工作台模型已被证明可有效获得核心开放泌尿科能力，如耻骨上导管插入术、包皮环切术和输精管切除术，但更复杂或更先进的手术，如回肠导管形成和输尿管再植入，继续主要通过动物获得和尸体模型 。

15.2回肠代膀胱

回肠代膀胱仍然是根治性膀胱切除术后最常进行的尿流改道术。鉴于其可靠性、成本效益和临床充分性，它仍然被认为是“标准”[ 13 ]。它涉及分离一段 15-20 厘米的回肠，通过一期吻合术恢复肠道连续性，在分离段的近端形成输尿管-回肠吻合，以及在远端腹壁建造造口。

回肠代膀胱的形成继续包含在泌尿外科的校际外科课程计划 (ISCP) 中。认证所需的最低能力水平是受训者能够在协助下流利地执行程序。具有专业兴趣的受训者需要展示最高水平的能力，能够在没有帮助的情况下构建管道，并展示处理任何并发症的能力。

许多研究已经证明了关于  回肠代膀胱构建的仿真模型作为机器人辅助根治性膀胱切除术的一部分的有效性。这种微创方法在世界范围内越来越受欢迎，并迅速成为治疗肌肉浸润性膀胱癌的标准方法。虚拟现实模拟器被认为是培训未来机器人外科医生的最佳方法。

然而，仍然需要获得处理任何并发症以及在微创方法不可行的情况下所必需的开放技能。该领域的模拟主要涉及合成、动物和尸体模型。已通过一系列模拟模型教授和实践了回肠导管构建中涉及的多个步骤。

15.2.1综合模型

许多公司已寻求制造双层合成肠段，以增强受训者执行小肠端对端吻合术的经验。Tactility Surgical Learning System 是由 The Chamberlain Group 与马萨诸塞州 Baystate 医疗中心外科合作设计的。与猪肠相比，它已经证明了表面和内容有效性，同时实现了对人体组织的高保真度。

同样，与猪肠相比，Sim*Vivo 制造的 Sim*Bowel 也显示出良好的结果。这些模型提供了一种经济高效且可重复使用的选择，同时保留了与猪组织相似的保真度 [ 15 ]。

15.2.2动物模型

使用动物模型进行教育可以追溯到公元前 500 年。几十年来，对动物或动物部位的手术技能的模拟补充了外科医生的培训。在虚拟模拟或合成材料可以与动物模型提供的真实感相抗衡之前，它们的使用可能会继续下去。猪组织仍然是这些模型在手术训练中使用最广泛的模型之一。许多研究表明它优于合成模型。猪的泌尿系统与人类有很多相似之处。可比的解剖学和功能方面使其在仿真模型中的使用非常有效。具体来说，准确的组织一致性和与人体组织相似的尺寸允许学习者在更真实的环境中工作。

许多研究已经证明了活体动物模型在腔内泌尿外科和微创技术中的外观、内容和构造有效性 [ 17 ]。然而，总体而言，人数仍然有限。使用这些模型的优势在于可以保留组织纹理和外观。然而，显而易见的是，解剖结构虽然与人体相似，但并不完全相同。英国立法只允许在经过适当培训的持证人员的照料下对麻醉动物执行这些程序。结果是对有限资源和时间的需求增加。

USBC 利用猪模型模拟回肠导管构造。这涉及使用小肠，受训者最初会以主要方式将其分开并重新吻合（图15.1）。接下来是使用 Bricker 或 Wallace 技术进行输尿管回肠吻合的第二阶段。

图 15.1

猪肠段的初级吻合（由英国利兹圣詹姆斯大学医院医学教育部泌尿外科模拟训练营提供）

最后阶段是通过通过猪腹壁形成的缺损输送远端肠段来形成泌尿造口术（图15.2和15.3）。这些步骤是在顾问培训师的一对一指导下进行的。在每一步中，受训者在组织处理、手术器械使用和手术技术方面的通用技能都在不断地进行形成性评估。该模型使学习者有机会与指定的讲师讨论理论和实践方面的问题。来自学员和教师的反馈非常积极，从而提高了知识水平和操作能力[ 9、19 ]。

图 15.2

肠段通过腹壁输送（由英国利兹圣詹姆斯大学医院医学教育部泌尿外科模拟训练营提供）

图 15.3

固定在腹壁上的泌尿造口术（由英国利兹圣詹姆斯大学医院医学教育部泌尿外科模拟训练营提供）

15.2.3尸体模型

2004 年和 2006 年的人体组织法案使外科医生能够利用尸体进行教育和培训 [ 20 ]。人体尸体的使用提供了一个高保真手术模拟平台。这种训练方法在学习活体患者和学习动物或合成模型之间提供了最佳折衷。尸体训练仍然是在对患者进行手术之前获得能力的黄金标准，并且通常在大师班中进行。尸体提供了获取解剖学知识的最佳方法，同时考虑到人类的变异性 [ 21 , 22 ]]. Ahmed 等人描述的 BAUS 尸体模拟课程。在紧急和外伤泌尿科模拟中使用新鲜冷冻尸体。受训者将在许多开放手术中接受实际操作的高保真培训，包括膀胱穿孔和输尿管再植入。表面和内容有效性已在参与者中得到证实 [ 23 ]。

使用新鲜冷冻尸体 (FFCs) 进行手术模拟确实有其局限性。这种传统的防腐方法会导致组织变硬和变硬以及变色。越来越多地使用 Thiel 方法等软固定防腐技术可以改善组织的质地和颜色，同时保持形状和体积。

Thiel 方法提供长期保存，低毒性且无需冷却。使用的流体是乙二醇、水、氧化盐、杀菌/抗真菌剂以及浓度低得多的有害成分（如甲醛和 3-氯-4-甲酚）的混合物。与 FFC 相比，使用较小比例的这些物质可实现更安全的组织处理[ 24、25 ] 。卡贝罗等人。已经在肾移植模拟模型中证明了这些高保真 Thiel 尸体的面部有效性 [ 26 ]。

15.3输尿管再植入

输尿管再植的三个主要指征是输尿管狭窄、恶性肿瘤和医源性损伤。尽管适应症多种多样，但该手术仍然不常见。这种零星的性质自然导致泌尿外科实习生获得充分接触并从而达到认证能力要求的机会有限。

通过机器人或腹腔镜辅助方法的微创技术已被证明具有与开放技术相当的功能结果[ 27、28 ]。许多作者已经证明，这些基于技术的模态更自然地适用于仿真模型 [ 29 , 30]. 学习者可以磨练自己的技能并以安全、及时和具有成本效益的方式克服学习曲线。然而，这在很大程度上仅限于选修课。进行再植入的需要往往最常发生在紧急情况或外伤情况下。无论是否与术中或术后公认的医源性损伤相关，开放输尿管再植入的培训机会仍然存在重大空白。许多研究强调了标准化模拟设置的必要性，以解决高级学员在胜任进行输尿管再植入的能力方面认识到的缺陷 [ 11 ]。

英国泌尿外科医生协会 (BAUS) 教育委员会认识到有必要开发高保真模拟课程，以解决英国各地的培训不足和标准化实践。这是通过首先确定英国受训人员目前对罕见泌尿外科紧急情况的暴露水平，其次构建尸体课程并评估其可行性、质量和结果 [ 31 ] 来实现的。强制性的英国 USBC 更进一步，确保所有新的泌尿外科实习生都能尽早以模拟的形式接触这些程序。随后证明了表面和内容有效性 [ 23 ]。

认识到急诊病例的管理是英国泌尿科医师实践中不可或缺的一部分，综合医学委员会要求受训人员证明有能力独立处理一系列急诊手术，包括输尿管损伤，以便达到独立执业证书。

输尿管再植模拟训练的发展主要发生在微创环境中。腹腔镜和机器人辅助手术的功能结果相当，这意味着全球范围内进行开放式再植入手术的频率正在下降。这一点，再加上演示的不频繁性，导致受训人员的能力和熟练程度下降。已经建议并实施了许多模型来磨练这些微创技能。其中一些已经显示出表面和内容有效性 [ 29 , 30]. 然而，从模拟的角度来看，开放式方法的表现不太好。由于缺乏工作台和虚拟现实模型，开放再植入继续依赖动物和尸体平台。

15.3.1动物和尸体模型

猪组织仍然是最广泛使用的模拟材料形式。这是由于与人类在解剖学和功能上非常相似。使用猪膀胱和输尿管的重建模拟模型已用于教授端到端输尿管吻合术、输尿管输尿管吻合术和输尿管再植入术，包括腰大肌结和 Boari 皮瓣。

USBC 利用猪膀胱和输尿管来模拟不同水平的输尿管损伤。然后，学习者在顾问导师的监督下，以 1:1 的比例进行开放式修复（图15.4、15.5和15.6）。这有助于在观察受训者的操作技能的同时讨论有关临床管理决策的问题。结果是一个高保真仿真模型，允许受训者在获得所需的功能和解剖学知识的同时发展技术和操作技能。受训者的反馈反映了他们在未来面对输尿管损伤时信心水平的提高 [ 9 , 19 ]。

图 15.4

输尿管损伤和输尿管膀胱修复计划的演示（英国利兹圣詹姆斯大学医院医学教育部泌尿外科模拟训练营提供）

图 15.5

腰大肌结扎和输尿管膀胱内隧道的准备工作（由英国利兹圣詹姆斯大学医院医学教育部泌尿外科模拟训练营提供）

图 15.6

完成带腰大肌结的输尿管再植入术（由英国利兹圣詹姆斯大学医院医学教育部泌尿外科模拟训练营提供）

BAUS 新鲜尸体泌尿外科培训计划提供了紧急泌尿外科手术培训的机会，包括开放性膀胱造口术和耻骨上导管插入、前列腺腔填塞、输尿管再植入、腰部入路和紧急肾切除术。在 75 位住院医师和 27 位专家中建立了表面效度和内容效度。在输尿管再植入和原发性输尿管吻合术中，置信度得分有统计学意义的显着增加。所有代表都会向他们的同行推荐该课程，并认为该课程应该是强制性的[ 23、31 ]。

在手术训练中对 Thiel 尸体的分析得出结论，在模拟输尿管再植入中使用这些尸体比 FFCs 更有利。与传统防腐技术相比，Thiel 防腐具有许多优势。这些包括可重用性、变质速度变慢、感染传播减少、变质变慢以及存储需求和成本降低。然而，最重要的是，与 FFC 相比，组织质量保存允许更高保真度的培养基。Yiasemidou 等人进行的交叉外科专业评估。已显示 Thiel 尸体在手术训练中的泛手术适用性。评价最高的是解剖学准确性和组织特性的保真度。Thiel 尸体在难闻气味、伦理约束和成本方面的问题较少 [ 32].

15.4开放性肾脏手术

由于上泌尿道病变微创手术的引入，在西方世界体验开放式肾脏手术的机会逐渐减少。各种研究报告了泌尿外科计划的局限性，一项研究还发现居民对尿路创伤的暴露程度不佳。不幸的是，由于复杂的解剖结构和场景，很难用合成模型实现高度保真度来模拟高级肾脏手术。

15.4.1综合模型

复杂手术技能的合成模型并不常见。有趣的是，Melkonian 等人。开发了一种低成本的肾移植台式仿真模型。通过贴上 1.27 × 4、0.64 × 4 和 0.64 × 15 cm（直径 × 长度）的肾形应力球来模拟左肾移植同种异体移植物，并在前后和下方连接彭罗斯引流管以复制肾脏分别为静脉、肾动脉和输尿管。Penrose 引流管的定位可以很容易地修改，以复制正确的同种异体移植物。用两个镊子将一块 10 × 10 cm 的纱布包裹在模拟的同种异体移植物周围，形成一个“夹克”，以便在血管吻合过程中轻松处理。在肾门区域的纱布上创建一个开口，使肾静脉、肾动脉和输尿管暴露在外（图 1）。15.7）。该模型由 18 名住院医师进行评估，以学习缝合、手术步骤和协助。他们报告了低成本模型的良好保真度和教育实用性（带缝合线或手术器械的价格为 134.30 美元，不带缝线或手术器械的价格为 20.20 美元）[ 36 ]。

图 15.7

两名住院医师在台式肾移植手术模拟器上合作。

图像显示居民执行现实生活中肾移植的 ( a ) 静脉和 ( b ) 动脉血管吻合手术步骤。( c ) 演示了静脉吻合术的替代技术，其中后壁从腔内进行 [ 36 ]（经许可转载）

15.4.2动物模型

猪肾已成功用于模拟肾部分切除术的某些步骤，尤其是肾修补术。主要优点是更高保真度组织操作的关系。已使用猪离体模型；然而，没有评估表面和内容有效性（图15.8）。此外，灌注离体肾脏的选择允许评估肾修补术后的止血情况。该模型已针对腹腔镜和机器人训练进行了验证 [ 37 ]。

图 15.8

猪肾脏肾修补术

治疗输尿管肾盂连接部梗阻的金标准手术技术是肢解肾盂成形术。使用鸡皮的开放式肾盂成形术模型建立了提高医学生打结和缝合能力的有效性（p < 0.05；第一次尝试 17.00 ± 4.44 分钟；平均 ± 95% CI，第三次尝试 11.33 ± 2.40 分钟）使用开放模型。该模型价格低廉，可充分复制活体组织；然而，制作模型的准备时间很长 [ 38 ]。

15.4.3尸体模型

尸体模拟已成为基于模拟的技能培训的重要组成部分。它已被接受的是，它在所有模拟模态中具有最高的表面有效性 [ 39 ]。艾哈迈德等人。评估了英国泌尿外科国家尸体模拟计划，并报告了紧急创伤肾切除术的良好表面和内容有效性 [ 23 ]。布洛克等。还报道了在为期 2 天的急诊泌尿外科模拟课程后，急诊肾切除术的自信心有所提高 [ 31 ]。

科洛马等。评估了用于肾移植模拟的 Thiel 防腐尸体。他们使用了 39 具尸体并获得了 75 个移植物。对每具尸体进行两次肾移植手术。作者得出结论，Thiel 尸体模型提供了对肾移植手术步骤的高度代表性模拟 [ 40 ]。

15.5未来发展

15.5.1人工灌注尸体

尸体模拟的进一步进步可能是引入出血和止血。人工灌注尸体将结合人类尸体的解剖学准确性和活体动物模型中遇到的止血控制需求。法国开发的 SIM Life 是这些灌注模型的一个例子，它结合了塑料、电子和生物材料，为尸体提供跳动循环和人工呼吸。器官获取由十名外科医生进行，以获取心脏、肺、肝脏、胰腺和肾脏。整体真实感和与正常解剖学的相关性得到高度评价。未来在包括泌尿外科在内的所有外科专业中应用此类尸体应该会增强尸体模拟过程中的真实感 [ 41 ]。

15.5.2 3D打印

三维（3D）打印可能在模拟训练中发挥重要作用。目前这项技术的成本仍然很高。然而，它在以逐层技术交付3D模型方面势头越来越猛。它在泌尿外科中的应用已经建立并得到广泛报道（更多详情见第26章）。Smith等人的一项综述确定了许多泌尿外科手术，其中3D打印已被证明适用。这些包括经皮肾镜取石术、部分肾切除术、尿道膀胱吻合术、经尿道膀胱肿瘤切除术和腹腔镜肾盂成形术。Ghazi 等人开发了使用 3D 模型模拟经皮肾镜取石术。作者证明了泌尿外科和介入放射学实习生以及专家的表面和内容有效性 [ 43 ]。希等人。在根治性前列腺切除术期间为膀胱尿道吻合术创建了一个类似的模型，而 Van Renterghem 提供了一个 3D 骨盆尸体模型。内容效度和面部效度在两个模型中都得到了高度评价[ 44、45 ]。然而，目前使用 3D 打印的证据水平仍然很低。潜在地，3D 打印可以在推进基于模拟的培训方法方面发挥作用。

Claflin 和 Waits 设计了一种低成本、可重复使用的交互式 3D 打印模型来模拟肾移植中的血管吻合。作者的目的是提高基本的开放手术技能，并激发外科住院医师对移植手术的兴趣。受体腹部是使用具有典型解剖结构的个体的去识别高分辨率腹部和骨盆计算机断层扫描 (CT) 扫描开发的。这被导入到 3D Slicer 开源软件（Slicer v4.10，www.slicer.org). 腹部的右下象限被分离出来，右髂外动脉和静脉以及髂腰肌在每个扫描切片上的分离是用手工轮廓工具进行的。作者使用 Materialise Magics STL 编辑软件 v20.03（Materialise，比利时鲁汶）修改了立体光刻 (STL) 文件，并使用 Autodesk Fusion 360 v2.0.5966（Autodesk，加利福尼亚州圣拉斐尔）设计紧固件以固定 Penrose 排水管以模拟髂外血管。使用 Dimension Elite 3D 打印机（Stratasys，Eden Prairie，明尼苏达州）使用丙烯腈丁二烯苯乙烯塑料打印模型。他们还以类似的方式设计了肾脏模型。

作者招募了 12 名外科住院医师来评估血管深度的真实性、模型真实性的解剖、吻合的真实描述、易用性、作为教学工具的有效性以及对外科实习生的有用性。几乎 92% 的居民更愿意在家中使用该模型进行培训，并且所有人都认为该模型对教学有效。作者报告的总成本为 178 美元（安装费 20 美元，模型材料成本 137 美元，支持材料 21 美元），加上仪器和耗材的成本 [ 46 ]。

15.5.3增强现实

十多年来，增强现实 (AR) 已被用于在手术过程中为外科医生提供帮助（有关更多信息，请参见第25章）。在泌尿外科，AR主要应用于机器人辅助前列腺切除术领域。新系统虽然处于研究水平，但已经探索了设计增强现实模型以辅助开放手术的挑战性领域。这些可以在患者和培训级别上使用。Fida 等人的评论。重点介绍了一些证明 AR 在手术过程中是一种多功能且可靠的工具的论文。已显示出前景的应用包括用于泌尿生殖系统、胰腺和肝胆手术 [ 47 ]。KleinJan 和 van Oosterom 在阴茎癌环境中的前哨淋巴结活检中报告了在泌尿生殖外科手术中的应用 .Borgman等人使用AR头戴式显示器证明了AR在各种泌尿外科手术中的可行性和安全性，从简单的输精管切除术到复杂的膀胱切除术。

虚拟交互存在和增强现实（VIPAR）旨在将经验丰富的外科医生与初级同事或学员联系起来，让他们在复杂的手术过程中远程分享自己的技能和专业知识。这将缩小所有外科专业在接触和能力水平方面的差距，但在开放式外科技能方面可能特别有价值，这已证明在培训过程中更难获得。

特定于患者的虚拟现实 (VR) 将计算机断层扫描或磁共振成像形式的最新患者成像纳入 VR 程序，使受训者能够处理复杂的场景，否则这些场景将超出他们的能力水平. 一项可行性研究成功地开发了用于开放根治性全腹子宫切除术的虚拟现实手术模拟。该研究的目的是开发一种低成本系统，使用商用技术构建 VR 肿瘤外科模拟器。这些模块由妇科肿瘤学、学习科学、人类行为和虚拟现实领域的专家设计。然后，该应用程序将用于帮助培训外科医生、提高手术的安全性并确保更高的标准。未来的应用可能在向包括发展中国家在内的全球受众传播外科专业知识方面发挥重要作用 。

15.6总结

获得开放式手术技术，尤其是处理高级手术所需的复杂技能，对于受训人员来说仍然是一个关键问题。不断变化的时代导致手术室内的暴露水平降低，与此同时，对患者安全的重视最大限度地减少了对传统学徒模式的依赖。基于模拟的培训已被认为是补充和增强培训外科医生能力和竞争力的重要工具。将模拟纳入外科课程应该为受训者提供一个平台来磨练他们的手术技能，安全地克服学习曲线，并及时发展他们的技术和非技术技能。随着技术继续严重影响和塑造外科手术，

关键点

接触复杂的开放式泌尿外科手术仍然有限。

构建适用于高级开放程序的有效仿真模型具有挑战性。

尸体课程仍然是获得复杂开放式手术技能的黄金标准。

基于模拟的培训已经并且应该继续纳入外科课程。

未来的进步可能在于 3D 打印和虚拟/增强现实领域。