应用快速成型技术构建膀胱镜训练模型及其练习方法研究

周 宏，黄赤兵，胡文刚，郑宗钊，宋 波，李传贵 (第三军医大学新桥医院泌尿外二科，重庆400037)

膀胱镜属于内窥镜的一种，广泛应用于泌尿系统疾病的诊断和治疗。由于人体尿道相对弯曲、狭窄，加之被检者在检查过程中承受着畏惧和疼痛，对操作医生检查手法的精准度和熟练度提出了很高的要求。目前已有大量研究［1-2］证实，通过模型的针对性训练可使受训者在相应的实际操作中得到有效提高。因模型训练具备模拟训练的真实性、安全性、可调性、纠错性、可控性和可重复性等优点被作为示教类模型和训练类模型在医学教育及临床上获得广泛应用［3］。美国METI公司开发的HPS(Human Patient Simulator)和ECS(Emer-gency Care Simulator)是具有高新技术高仿真性的虚拟模型系统，但该系统属于虚拟模拟系统，无法进行有创性训练，加之造价昂贵，不具有普及性［4］。动物模型因与人体的解剖结构差别太大也有一定局限性［5］。因此设计制作一个解剖结构和人相似，同时具有模拟人膀胱内部压力环境的膀胱模型并设计一套具有针对性的训练方法应用于膀胱镜的操作训练具有广泛意义及推广价值。本研究基于人体泌尿系统各器官解剖结构参数构建制作模型，设计训练方案并验证结果，为膀胱镜的操作训练提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料设备

透明膀胱外壳、透明乳胶膀胱内腔、加压泵及管道、压力测试表、透明三通及阀门、压力传感器、硬性膀胱镜及配套附件、输尿管支架管、7 种不同颜色碎石、中空硅胶软管、计时表。

1.2 参与人员

选取20 名首次接触膀胱镜操作并已经完成医学本科课程学习的学生，1 名操作膀胱镜经验丰富的老师(带教和考核)，1 名膀胱模型调试员，1 名操作计时员。

1.3 模型构建方法

1.3.1 模型设计 整个模型由双侧肾脏、输尿管、膀胱、尿道(男性)、前列腺组成，参照人体解剖结构数据设置参数，基于UG NX 7.5 软件，经过由点到线，由线构面，再由面成体的设计步骤进行分层设计［6］。模型结构由内外双层构成双腔，其中模型膀胱内层腔模拟储存尿液;外层腔通过管道连接加压泵，加压泵压力传递至内腔壁，模拟膀胱逼尿肌收缩产生压力。

1.3.2 模型分部制作 基于计算机设计软件UG NX7.5 进行模型设计，模型外层选用光滑、透明、质硬有机玻璃作为原材料，经快速成型技术加工制作。内层用弹性与透明度兼具的乳胶材料经CAD/CAM 技术开模加工制作。

1.3.3 模型组装 将模型内外层按要求组装，同时增加部分功能性装置，主要包括:①膀胱外腔和输尿管内腔各外接1 个加压泵，前者作用于膀胱内壁，模拟人膀胱逼尿肌收缩;后者作用于输尿管，防止膀胱内腔压力增高致输尿管返流;②尿道耻骨下弯尿道膜部及耻骨前弯各加装1 个压力传感器及压力显示仪表;③尿道出口外接1 个由压力控制器控制开关的阀门，通过感应膀胱内部压力来控制开关，从而模拟人体膀胱可控制排尿(图1)。

图1 膀胱训练模型

1.4 训练过程

1.4.1 理论学习及前期基础训练 20 名参训人员首先进行膀胱镜操作理论知识的学习;系统学习人体泌尿系统各部分的解剖结构和生理特征;学习并掌握膀胱镜仪器各部分构造、操作规范和检查顺序。然后进行膀胱镜操作前期基础训练，参照临床膀胱镜检查过程的基本步骤。前期基础训练主要内容包括膀胱镜镜鞘置入;闭孔器置入及撤出;操作器安装及转向旋钮操控;观察镜及辅助器械置入;各辅助器械基本操作手法;持镜手法;膀胱镜摄像头方向控制、固定及焦距调节;观察镜进、退、摆、旋转等基础操作动作。记录每次全部完成上述训练内容的时间，以5 min 完成上述操作动作为标准。经过上述前期训练后，使所有参训人员能掌握膀胱镜检查过程中各项仪器的配合、使用和基本动作要领，为下一步模型操作训练奠定基础。

1.4.2 模型操作技能训练 针对膀胱镜检查的适应证和在不同适应证检查时的基本手法，设计4 个针对性训练科目。训练科目1:在膀胱模型内部不同部位(相当于人体膀胱的膀胱颈、输尿管嵴、输尿管口、膀胱三角、后壁、侧壁、顶部、前壁)按顺序标记阿拉伯数字1 ～8，训练人员将膀胱镜按实际操作要求置入膀胱模型，用膀胱镜头分别查找并触碰1 ～8 号标记点，正确寻找并触碰老师随机指定的全部标号视为完成任务(图2a)。训练科目2:在模型膀胱内分别放入形状如黄豆大小的不同颜色的碎石共7 颗，分别用红橙黄绿青蓝紫7 色标记，参训人员将膀胱镜置入模型并将7 颗碎石按上述颜色顺序全部取出置入手术台盘中视为完成任务。训练科目3:在模型输尿管内部置入并固定1 根长度5 cm、内径3 mm，壁厚为1 mm 的中空硅橡胶软管，训练人员通过膀胱镜将扩张器置入中空管，而后取出扩张器，并沿管壁纵向剪开中空管，视为完成任务。训练科目4:将2 根输尿管支架管分别置入双侧输尿管，以双侧支架管上端进入肾盂视为任务完成(图2b)。为了训练与真实操作的环境更接近，将模型的膀胱及以上部分置入一块不透明遮挡板外侧，模型前尿道部分由遮挡板小孔穿过板内侧露于操作者视线内。以保证操作人员无法直视模型内部情况，仅能通过仪器屏幕上的图像进行操作;计时人员及考核老师站于遮挡板外侧方，可肉眼直视模型内部，便于观察操作人员操作过程，评估其动作的流畅性和准确性。

图2 膀胱镜模型操作训练

1.5 观测指标及考核标准

记录并统计分析学员前期训练动作的完成时间，比较20名学员训练前后的差异。观测每个训练科目的完成时间和训练中模型的受压值［7-8］。记录人员记录每个参训人员每个科目每次训练的完成时间，记录时间精确至0.01 s。模型受压值选取在膀胱镜鞘置入过程中所测量的数值，该数值为2 个微型压力传感器显示的最大值的平均值，代表膀胱镜鞘置入过程中膀胱模型承受的压力，也代表操作者的熟练程度和爱伤意识［8］。将20 名学员首次模型训练的测量数据及经过25 次训练后末次训练数据进行比较。

1.6 统计分析方法

数据采用SPSS 19.0 软件包进行分析。计量资料的比较采用独立样本t 检验，结果数据以均数±标准差表示，数值间比较采用方差分析，以P ＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 前期训练结果

经过为期3 d 的训练，所有20 名参训人员均达到了5 min完成膀胱镜镜鞘及各辅助器械的操作任务，熟练掌握了膀胱镜操作的动作要领及检查顺序。首次训练平均完成时间为(7.2 ±1.39)min，末次平均完成时间为(3.3 ±0.43)min，两者比较具有统计学意义(P ＜0.05)。

2.2 模型操作训练结果

2.2.1 模型受压随操作次数变化 在模型操作训练中，膀胱镜鞘置入共计25 次，其中首次模型受压平均数值为(660 ±36)cmH2O，末次压力平均值为(319 ±11)cmH2O，经前后对比具有统计学差异(P ＜0.05)。第20 次以后的训练结果，模型受压值均维持在320 cmH2O 左右，经方差分析无统计学意义(P=0.39)，见图3。

图3 模型受压随操作次数变化曲线

2.2.2 各科目完成时间情况 所有人员经过4 个科目各25次操作训练，完成时间见表1;与首次完成时间比较，每个科目末次及平均完成时间差异有统计学意义(P ＜0.05)。4 个科目的完成时间随训练次数的增加呈明显下降趋势(图4)。在科目1训练过程中，第19 次至末次训练操作时间均维持在(2.44 ±0.12)min，经方差分析，无统计学差异(P ＞0.05);而科目2 ～4 则分别从第17 次、20 次和20 次开始至末次，操作时间比较无统计学差异(P ＞0.05)。

表1 各科目训练完成时间(min)

图4 随着操作次数增加各科目完成时间的变化曲线

3 讨论

膀胱镜检查是一项侵入性检查，患者需要使用麻醉药品，在检查过程中操作人员的综合操作水平对被检者的身体安全和检查结果的准确性起着至关重要的作用。膀胱镜检查常应用于观察膀胱内各部位病变情况与临床诊断，应用于膀胱内结石、异物和膀胱肿瘤活组织的取出，也应用于配合扩张器扩张输尿管，配合剪开器剪开输尿管狭窄，还可用于输尿管支架管的置入和拔出。但和所有内镜一样都存在对操作人员操作技术要求高，科学的、可普及的训练模型及方式尚待开发，目前以腹腔镜的训练操作模型研究较多［9-11］。基于以上现实，众多国内、外学者探索制作了多种训练平台应用于膀胱镜包括输尿管镜的操作训练，如Kim等［12］建立的多分辨率医学虚拟手术模拟器;美国METI 公司推出的外科综合模拟培训平台SurgicalSIM［4］;以及Mishra 等［13］制作的活猪经皮肾通道模型;Chou等［8，14］制作的猪肾测试模型。上述模型的建立为临床医生提供了安全的训练平台，对比之下各有优缺点。SurgicalSIM 等虚拟模型依靠强大的计算机软件具有高仿真性，但无法为训练者提供重要的触觉反馈，且价格昂贵，无法应用于有创训练项目;猪肾等动物模型缺少人体解剖结构上的真实感［5］。与虚拟模型相比较，该膀胱镜训练模型具有实体触觉感，受训者通过模型的训练可感觉内部阻力及压力变化，因此受训者的操作力度及手感会得到相应训练，此外其廉价的特性较之虚拟模型更容易得到市场推广;与动物模型相比，膀胱训练模型更具有与人体解剖结构上的相似性，从而使该模型的训练价值得到明显提升;此外其透明特性使训练情况可肉眼直视便于观察纠正动作。膀胱训练模型可作为膀胱镜初学者的教学模型、模拟训练平台、考核平台，具有广阔的市场前景和推广价值。膀胱镜训练模型根据人体解剖结构数据设计制作，并由模型膀胱本身的伸缩性和加压设备建立一个和人体膀胱内部相似的压力环境，从而具备模拟人体膀胱的压力感，基于该模型与传统透明模型训练对比，前者模拟训练环境更具有仿真性。本研究中，科目1 ～4 的训练与膀胱镜临床检查的镜检顺序、镜下取石、镜下剪开以及镜下置管等基础操作技能具有相似性、针对性和模拟性，通过4 个科目的训练可培养操作者正确的操作流程和良好的操作习惯。从统计结果图分析:所有参训人员经过25 次训练后，4 个科目完成时间均呈减少趋势，模型受压值逐渐减小，表明经过模型训练，参训人员的操作熟练度和合理性明显提高，实验结果表明，通过该模型训练可使操作者尤其是初学者在镜检流程、动作规范及检查方法等方面得到明显提升，缩短了膀胱镜操作训练的学习曲线，值得临床推广应用。

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