低成本3D打印聽骨鏈假體植入模擬器的開發(fā)與評估：一項提升耳科手術(shù)培訓(xùn)可及性的創(chuàng)新研究

《Scientific Reports》：Development and evaluation of a low-cost 3D-printed simulator for ossicular prosthesis placement

【字體： 大 中 小 】 時間：2025年12月05日 來源：Scientific Reports 3.9

　　

在耳顯微外科領(lǐng)域，聽骨鏈假體植入術(shù)是治療傳導(dǎo)性聽力損失的關(guān)鍵技術(shù)。然而，這類手術(shù)操作空間極其狹小，緊鄰面神經(jīng)和內(nèi)耳等重要結(jié)構(gòu)，手術(shù)風(fēng)險高，稍有不慎可能導(dǎo)致患者全聾、面癱或眩暈等嚴(yán)重并發(fā)癥。傳統(tǒng)的外科培訓(xùn)主要依賴“師帶徒”模式和在患者身上的實際操作，但如今患者越來越難以接受成為外科醫(yī)生的“第一次”練習(xí)對象。由住院醫(yī)師主刀的手術(shù)時間通常更長，這不僅增加了麻醉風(fēng)險和手術(shù)部位感染概率，也顯著提高了醫(yī)療成本。盡管尸體解剖是外科學(xué)習(xí)的重要環(huán)節(jié)，但尸體資源本身有限、成本高昂，且存在病原體傳播風(fēng)險，其教育效益與投入往往不成正比。因此，開發(fā)高效、可及的手術(shù)模擬器已成為耳科培訓(xùn)的迫切需求。

隨著3D打印技術(shù)的成熟，其在醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，特別是在手術(shù)模擬方面展現(xiàn)出巨大潛力。目前已有一些高保真度的耳科手術(shù)模擬器，例如采用PolyJet技術(shù)打印的模型，能夠同時模擬骨骼和軟組織， realism（真實感）極高。但這類模擬器依賴昂貴設(shè)備，制作成本高，限制了其在眾多培訓(xùn)中心的普及。其他一些嘗試，如結(jié)合樹脂和硅膠的模型，雖然在一定程度上解決了多材料問題，但制作過程繁瑣、耗時，且不易大規(guī)模復(fù)制。面對這些挑戰(zhàn)，本研究團隊旨在探索一種不同的路徑：他們不追求極致的真實感，而是優(yōu)先考慮可及性和可復(fù)制性，試圖開發(fā)一種能滿足早期培訓(xùn)核心需求的、極其低廉的解決方案。

本研究的主要目的是開發(fā)和評估一種低成本、易復(fù)制的3D打印中耳手術(shù)模擬器，專門用于訓(xùn)練聽骨鏈假體（包括全聽骨假體、部分聽骨假體）和鐙骨活塞的植入。研究假設(shè)是，即使采用單一材料打印并簡化解剖結(jié)構(gòu)，這種模擬器仍能提供足夠的真實感，有效提升住院醫(yī)師的解剖空間理解能力和基礎(chǔ)操作信心。相關(guān)成果發(fā)表于《Scientific Reports》雜志。

為開展研究，研究人員主要運用了幾項關(guān)鍵技術(shù)。首先，利用微型CT（Computed Tomography）掃描獲取健康捐贈者顳骨的精細(xì)影像數(shù)據(jù)，并通過專業(yè)軟件（Mimics, 3-Matic）進行三維重建和建模，生成可用于打印的STL（Stereolithography）文件。其次，采用光固化（SLA）3D打印技術(shù)，使用白色剛性樹脂一次性成型打印包含中耳及聽骨鏈結(jié)構(gòu)的手術(shù)模擬器主體。模擬器底座則使用熔融沉積成型（FDM）打印機和聚乳酸（PLA）材料制造，以降低成本。最終，他們制作了三種分別對應(yīng)不同假體植入術(shù)式的模型。此外，一個此前已通過專家驗證的、放大至1:6比例的聽骨鏈解剖模型也被提供給住院醫(yī)師，用于術(shù)前的空間結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)。

結(jié)果

A. 人口統(tǒng)計學(xué)特征

共有6名住院醫(yī)師和4名高級外科醫(yī)生參與了本研究。住院醫(yī)師中，4人從未放置過假體，2人放置過少于10次。高級外科醫(yī)生中，2人曾放置10-50個假體，另外2人放置超過50個，被認(rèn)定為專家。

B. 專家反饋

專家對模擬器的實用性給予了肯定，認(rèn)為其有助于提高耳科手術(shù)技能（評分4.25/5），但對于評估住院醫(yī)師能力的適用性評分中等（3.5/5）。模型的真實感得分為3.75/5，鐙骨開窗的位置被認(rèn)為準(zhǔn)確（4.5/5）。模擬器底座可旋轉(zhuǎn)頭部的設(shè)計受到好評（4/5）。然而，鼓膜的缺失被普遍認(rèn)為是重大缺陷（1.25/5）。觀察假體位置的窗口設(shè)計被認(rèn)為用處有限（2.5/5）。

C. 住院醫(yī)師評價

住院醫(yī)師對放大解剖模型滿意度很高（平均4.1/5），認(rèn)為其優(yōu)于二維解剖圖，能有效改善對中耳解剖的理解。對于手術(shù)模擬器，總體滿意度為4/5。他們認(rèn)為模型易于使用，愿意在科室配備，并推薦給同行（4.3/5）。模型有助于在顯微鏡下熟悉器械操作（3.8/5），并增強了首次（或下一次）放置假體的信心（3.3/5）。可旋轉(zhuǎn)頭部的設(shè)計也受到歡迎（4.2/5）。

D. 性能差異與經(jīng)濟效益

在模擬操作中，住院醫(yī)師與高級外科醫(yī)生在成功放置假體所需的嘗試次數(shù)和操作時間上存在顯著差異，表明模擬器可能具備區(qū)分不同經(jīng)驗水平操作者的能力（建構(gòu)效度）。經(jīng)濟分析顯示，若共享STL文件，每個模擬器的物料成本可控制在20英鎊以下，極具成本效益。

討論與結(jié)論

本研究成功開發(fā)并初步驗證了一種低成本、易復(fù)制的單材料3D打印耳科手術(shù)模擬器。與已有的高成本、高技術(shù)門檻的模擬器相比，該模型的優(yōu)勢在于其極致的可及性和可重復(fù)性。住院醫(yī)師的高滿意度表明該模擬器具有良好的表面效度（使用者認(rèn)為其逼真的程度），專家對其培訓(xùn)價值的認(rèn)可則支持了其內(nèi)容效度。性能差異的顯現(xiàn)也初步提示其具備一定的建構(gòu)效度。

然而，研究也存在明確局限性。模擬器因單材料打印而缺乏鼓膜、鼓索神經(jīng)等軟組織，極大地限制了其真實感和培訓(xùn)范圍，使其主要適用于早期、基礎(chǔ)技能訓(xùn)練。此外，聽小骨在去除支撐結(jié)構(gòu)時易碎，雖可警示操作需輕柔，但也影響了耐用性。本研究評估主要基于用戶滿意度（柯克帕特里克評估模型一級），缺乏對照組以及客觀的技能提升評估（二級及以上），無法證實其是否能直接轉(zhuǎn)化為手術(shù)室內(nèi)的表現(xiàn)改善。樣本量小、單中心研究以及依賴自評數(shù)據(jù)也限制了結(jié)果的推廣性。

盡管如此，這項研究為耳科手術(shù)培訓(xùn)，特別是在資源有限的環(huán)境中，提供了一種切實可行的入門級訓(xùn)練方案。它證明了即使采用簡化的設(shè)計，3D打印模擬器也能在低成本下實現(xiàn)核心教育價值。未來的研究方向應(yīng)包括采用更客觀的評估工具驗證其教學(xué)效果，探索在現(xiàn)有技術(shù)框架內(nèi)以合理成本增加軟組織模擬的方法，并評估其在更廣泛、更復(fù)雜手術(shù)場景中的應(yīng)用潛力。總之，由Fanny Loustaunau等人開發(fā)的這款模擬器，作為一項注重可及性的創(chuàng)新，為耳科手術(shù)教育的普及化邁出了有價值的一步。