Entwicklung und Evaluierung eines tragbaren und weichen 3D

BMC Medical Education Band 23, Artikelnummer: 77 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Die laparoskopische Choledochojejunostomie (LCJ) ist eine wesentliche Grundkompetenz für Gallenchirurgen. Aus diesem Grund haben wir ein praktisches und effektives LCJ-3D-Druckmodell erstellt, um zu bewerten, ob das Modell die tatsächliche Operationssituation simulieren kann, und um seine Wirksamkeit und Gültigkeit in der chirurgischen Ausbildung zu bestimmen.

Zur Simulation von LCJ wurde ein 3D-Druck-Trockenlabormodell erstellt. Die äußerliche und inhaltliche Gültigkeit des Modells wurde von sechs erfahrenen Gallenchirurgen anhand von Fragebögen auf der 5-Punkte-Likert-Skala bewertet. Insgesamt 15 Chirurgen mit unterschiedlichem Erfahrungsniveau führten LCJ am Modell durch und bewerteten die strukturelle Gültigkeit des Modells mithilfe der objektiven strukturierten Bewertung technischer Fähigkeiten (OSATS). Gleichzeitig wurde auch die Operationszeit jeder Operation aufgezeichnet. Außerdem wurde eine Studie durchgeführt, um die Lernkurve der Bewohner weiter zu bewerten.

Der Betriebsraumscore des Modells betrug 4,83 ± 0,41 Punkte. Der Abdruckwert des Gallengangs und des Darmkanals betrug 4,33 ± 0,52 bzw. 4,17 ± 0,41 Punkte. Der taktile Empfindungswert der Gallengangsnaht und der Darmkanalnaht betrug 4,00 ± 0,63 bzw. 3,83 ± 0,41 Punkte. Der OSATS-Score für den Modellbetrieb in der anwesenden Gruppe betrug 29,20 ± 0,45 Punkte und war damit deutlich höher als der in der Begleitgruppe (26,80 ± 1,10, P = 0,007) und der Assistenzgruppe (19,80 ± 1,30, P < 0,001). Darüber hinaus gab es einen statistischen Unterschied in der Operationszeit zwischen Chirurgen unterschiedlichen Erfahrungsniveaus (P < 0,05). Durch wiederholtes Training könnten die Assistenzärzte den chirurgischen Score deutlich verbessern und die Zeit des LCJ verkürzen.

Das 3D-Druck-LCJ-Modell kann die realen Operationsszenen simulieren und Chirurgen mit unterschiedlichem Erfahrungsniveau unterscheiden. Es wird erwartet, dass das Modell in Zukunft eine der Trainingsmethoden für die Gallenwegschirurgie sein wird.

Peer-Review-Berichte

Die Choledochojejunostomie (CJ) ist die am häufigsten verwendete chirurgische Methode bei der Behandlung biliärer chirurgischer Erkrankungen sowie das gängige chirurgische Schema bei der Behandlung von bösartigen Gallenwegsobstruktionen. LCJ ist eine wichtige Fähigkeit, die sich durch Komplexität, Schwierigkeit, Herausforderung und lange Lernkurve auszeichnet. Mangelnde Erfahrung in der Operation kann zu postoperativer Cholangitis, Gallengangsstenose, Gallenleckage, Peritonitis und sogar zum Tod führen [1,2,3]. Während der aktuellen Covid-19-Pandemie ist die Zahl der Patienten und Operationen deutlich zurückgegangen, was sich in der Ausbildung und Lehre der Assistenzärzte widerspiegelt [4, 5]. Um dieses Problem zu lindern, unterstützen chirurgische Fachgesellschaften, darunter die Society of American Gastrointestinal and Endoscopic Surgeons (SAGES) und das American College of Surgeons (ACS), die chirurgische Simulation [6,7,8]. Eine aktuelle Systemübersicht unterteilt simulationsbasierte Trainingstools in vier Kategorien: virtuelle Realität, Nasslabor (Tierorgane und Leichenmodelle von Tieren oder Menschen), Trockenlabor (synthetische Modelle) und E-Learning [9]. Es ist erwiesen, dass eine klinische Ausbildung vor einem chirurgischen Eingriff eine sichere und effektive Ausbildung für Assistenzärzte in der Chirurgie ermöglichen kann, sodass die Auszubildenden schnell chirurgische Fertigkeiten erwerben und aufrechterhalten können. Gleichzeitig können die erworbenen operativen Fähigkeiten direkt auf das tatsächliche chirurgische Umfeld übertragen werden [10,11,12].

Angehende Chirurgen stehen in ihrer chirurgischen Ausbildung oft vor vielen Herausforderungen. Die virtuellen Trainingsplattformen können ein immersives Erlebnis bieten, das die Vertrautheit mit chirurgischen Eingriffen fördert. Diese Plattformen sind jedoch teuer, haben kein taktiles Feedback und sind nicht allgemein verfügbar [13]. Obwohl das Training von Tierorganen oder Tier- und Menschenkadavern realistische Vorteile bietet und Chirurgen seinen Ausbildungs- und Ausbildungswert weitgehend akzeptiert haben, gibt es immer noch einige Einschränkungen, darunter hohe Kosten, Verfügbarkeit, Nichtwiederholbarkeit, Risiko von Infektionskrankheiten und potenzielle ethische Bedenken Probleme [14, 15]. Viele Assistenzärzte befürworten die Verwendung eines Trockenlabormodells zu Hause, das einfach, bequem und kostengünstig ist und den Auszubildenden den Erwerb grundlegender laparoskopischer Fähigkeiten, einschließlich laparoskopischem Nähen, Knoten und Koordinationstraining, ermöglicht, jedoch keine fortgeschrittene Operation simuliert [16].

Mit der Verfügbarkeit fortschrittlicher Materialien und Drucktechniken wird die 3D-Drucktechnologie im medizinischen Bereich weit verbreitet eingesetzt, insbesondere in der Anatomieausbildung und der chirurgischen Ausbildung, wobei die 3D-Drucktechnologie vielversprechende Ergebnisse und neue Anwendungen gezeigt hat [17]. Mehrere randomisierte kontrollierte Studien in mehreren chirurgischen Bereichen haben gezeigt, dass 3D-Druckmodelle relevante Operationen simulieren und so frühe Fähigkeiten erwerben und fortgeschrittene Fähigkeiten trainieren können [18,19,20,21,22]. Trotz der breiten Anwendung des 3D-Drucks in verschiedenen chirurgischen Bereichen mangelt es weiterhin an relevanten Anwendungen in der chirurgischen Ausbildung von LCJ.

Wir haben ein tragbares und weiches Modell beschrieben, das durch 3D-Druck für die Trockenlaborausbildung in LCJ erstellt wurde. Durch die Etablierung des 3D-Drucks kann das Modell im Trockenlabor von LCJ verwendet werden. Dieses Modell umfasste eine Leber mit eingebettetem Gallengang und einem Abschnitt des Darmkanals, der zur Visualisierung, Instrumentierung und laparoskopischen Anastomose verwendet werden kann. Experten auf dem Gebiet der Gallengangschirurgie können die äußerliche und inhaltliche Gültigkeit des Modells bewerten und prüfen, ob das Modell die realen chirurgischen Situationen simulieren kann, verschiedene Ebenen von Chirurgen unterscheiden, unsere Erfahrungen teilen, Lernkosten senken und Chirurgen dabei helfen, ihre chirurgischen Fähigkeiten zu verbessern.

Für diese Studie wurden sechs chirurgische Experten aus dem Zentrum für Gallenchirurgie des Volkskrankenhauses der Provinz Zhejiang und des Zentralkrankenhauses Wenzhou eingeladen, die Gesichts- und Inhaltsvalidität des 3D-Druckmodells zu bewerten. Alle sechs Experten führten im vergangenen Jahr mehr als 10 LCJ-Fälle durch. Gleichzeitig wurden auch 15 Chirurgen des Gallenchirurgiezentrums eingeladen, an der strukturellen Bewertung des Modells teilzunehmen.

Anonymisierte Dateien zu digitaler Bildgebung und Kommunikation in der Medizin wurden mithilfe des Mimic 23.0-Systems aus 3D-Computertomographie-Scans eines krankheitsfreien menschlichen Körpers gewonnen, um die anatomischen Modelle von Leber, Gallengang und Dünndarm zu extrahieren/rekonstruieren. Die extrahierte STL-Datei wurde mit Magic24 repariert, um die Dichtungsstruktur zu erhalten. Anschließend wurden OBJ-Dateien aus Magic 24 exportiert und zur weiteren Bearbeitung in Zbush importiert. Die Formenbezeichnungen wurden durch NX 1899 vervollständigt und je nach Form der Organe wurden entweder Positivformen oder Negativformen entworfen. Die STL-Dateien der entworfenen Form wurden zur weiteren Bezeichnung der Stützstruktur und Positionierung in Magic 24 importiert. Als nächstes wurde ein FDM-3D-Drucker verwendet, um die Form basierend auf den Schnittdaten zu drucken, und die Oberflächenbehandlung und die Entfernung der Stützstruktur wurden nach dem Drucken durchgeführt. Der Formhohlraum wurde mit Vaseline behandelt, um eine reibungslose Entnahme der Modelle aus der Form nach dem Aushärten zu gewährleisten. Das Modell wurde im Gussverfahren hergestellt. Das Kieselgel wurde aus der Vakuumbox in die Form gegossen und 1 Stunde bei 25 °C ausgehärtet. Abschließend wurde die Form entfernt, um nach der Erstarrung das Modell zu erhalten. Diese Druckdateien sind auf Anfrage erhältlich.

Das im Gallengang verwendete Kieselgelmaterial war gelb, mit einem Elastizitätsmodul von 0,16 MPa und einer Zugfestigkeit von 0,48 MPa (Abb. 1A). Das im Dünndarm verwendete Kieselgelmaterial war rot, mit einer Elastizität von 0,17 MPa und einer Zugfestigkeit von 0,74 MPa (Abb. 1B). Die Steifigkeit des Modells wurde mittels Ultraschall gemessen. Der Ultraschallelastizitätswert des Gallengangs betrug 1,95 m/s (Abb. 1C) und der des Dünndarms betrug 1,47 m/s (Abb. 1D).

A Zugfestigkeit des Gallengangs (B) Zugfestigkeit des Dünndarms (C) Gallengangssteifheit (D) Dünndarmsteifheit

Die Box enthält (Abb. 2): (1) Leber und ihr Gallengang; (2) Dünndarm; (3) Clip zur Fixierung des Darmkanals; (4) Die selbstgedruckte laparoskopische Operationsplattform, die in der Höhe angepasst werden kann die Plattform auf und ab, um ein Pneumoperitoneum zu simulieren, und die Kieselgeldicke der Bauchwandhaut kann zum Platzieren der laparoskopischen Kanüle verwendet werden; (5) Der Linsenfixierer, eine flexible Schlangenknochenlinse aus Metall, die die 30-Grad-Kamera trägt, ermöglicht es Chirurgen selbstständig zu agieren. Darüber hinaus kamen im Training auch Monitore, Nähte, Linsen und laparoskopische Instrumente zum Einsatz.

A Die tragbare Box (B) Konfiguration von 3D-gedruckten Modellen (C) Die selbst entworfene chirurgische Plattform

Weder Patienten noch die Öffentlichkeit waren direkt am Design der aktuellen Studie beteiligt.

Unter Bezugnahme auf die einschlägige Literatur wurde die Gesichtsvalidität und Inhaltsvalidität des Modells umfassend entworfen [23,24,25]. Die sechs Gallenchirurgie-Experten verwendeten die 5-Punkte-Likert-Skala (5: stimme völlig zu; 4: stimme zu; 3: neutral; 2: stimme nicht zu; 1: stimme überhaupt nicht zu, Zusatzdatei 1), um das Modell zu bewerten, einschließlich des Eindrucks, der Wiedergabetreue, Textur, Aussehen, Operationsraum und Tastempfindung des 3D-Modells sowie seine Wirksamkeit für die klinische Behandlung und Ausbildung.

Insgesamt wurden 15 Oberärzte, Stipendiaten und Assistenzärzte rekrutiert, mit jeweils fünf Mitgliedern in jeder Gruppe, und es wurden grundlegende Informationssammlungstabellen herausgegeben. Alle Chirurgen gaben eine schriftliche Einverständniserklärung ab. Mithilfe vorab aufgezeichneter Videos wurden die Erklärung und der Modellschulungsvorgang durchgeführt. Die Bewohnergruppe absolvierte außerdem acht Mal ein LCJ-Schulungsprogramm am Modell. Der gesamte Operationsablauf wurde auf Video festgehalten. Unsere Studie verwendete eine modifizierte Ausgabe von OSATS [26, 27] (von 30 Punkten, Zusatzdatei 1). Zwei Experten nutzten OSATS, um das aufgezeichnete Video unabhängig voneinander auszuwerten. Bewertet wurden vor allem der Respekt vor Gewebe, Zeit und Bewegung, der Umgang mit Instrumenten, der Operationsablauf und die Vorausplanung, das Wissen über spezifische Verfahren und die Gesamtleistung von Betreuern, Stipendiaten und Assistenzärzten. Gleichzeitig wurde die Operationszeit erfasst, wobei die Identität der Chirurgen außer Acht gelassen wurde.

Insgesamt wurden 15 Chirurgen zur Teilnahme an der aktuellen Studie eingeladen. Alle an der Studie beteiligten Chirurgen waren Rechtshänder. Es gab signifikante Unterschiede im Arbeitsjahr der Chirurgen in den drei Gruppen (14,20 ± 1,64 vs. 6,40 ± 1,14 vs. 2,80 ± 0,45; p < 0,001). Es gab signifikante Unterschiede in der Anzahl der LCJ-Fälle, die von den drei Chirurgengruppen als Chefchirurg durchgeführt wurden (P = 0,003) und der Anzahl der LCJ-Fälle, die als Erster Assistent durchgeführt wurden (P = 0,007). Es gab keine signifikanten Unterschiede in der Verwendung chirurgischer Simulationswerkzeuge zwischen den drei Gruppen (Tabelle 1).

In dieser Studie wurde eine laparoskopische End-to-Side-Anastomose des Gallengangs und des Dünndarms mit durchgehender Valgusnaht in voller Dicke verwendet (Abb. 3). Mit 4–0 resorbierbarem Nahtmaterial wurde die linke Ecke der Darmöffnung von außen nach innen und die linke Ecke des gebrochenen Endes des Gallengangs von innen nach außen genäht. Eine Nadel war verknotet und der Knoten wurde außerhalb der Anastomose geknüpft. Die Nahtnadel wurde von der linken Ecke der Wand des Gallentrakts in den Gallentrakt eingenäht, und die zweite Nadel wurde vom Darmtrakt in den Gallentrakt eingenäht. Die Nadel wurde von innen nach außen in die Darmwand eingenäht und die Nadel wurde von außen nach innen in die Gallengangswand eingenäht. Die hintere Wand wurde am rechten Ende durchgehend vernäht. Der Nadelabstand und der Kantenabstand wurden bei etwa 2 ~ 3 mm gehalten; Im Allgemeinen wurden 5–6 Stiche genäht. Als die Naht das rechte Ende der Hinterwand erreichte, drang die Nahtnadel von der rechten Ecke der Darmwand aus in die Nahtlinie der Vorderwand der Anastomose ein. Die Vorderwand wurde von rechts nach links genäht, die Darmwand wurde von außen nach innen genäht und die Gallenwand wurde von innen nach außen genäht. Es wurde eine kontinuierliche Naht durchgeführt, bis das linke Ende der Anastomose mit dem Fadenende verknotet war, um die Anastomose zu vervollständigen.

LCJ-Anleitung für 3D-Druck Modell A Die erste Nadel wurde in die linke Seitenwand des Darms eingeführt. B Die erste Nadel wurde in die linke Seitenwand des Gallengangs eingeführt. C Die zweite Nadel wurde von innen nach außen in die hintere Darmwand eingeführt. D Die zweite Nadel wurde von außen nach innen in die hintere Wand des Gallengangs eingeführt. E Die hintere Darmwand war mit der hinteren Gallengangswand anastomosiert. F Die Nadel wurde an der rechten Seitenwand des Darms herausgezogen. G Die Nadel wurde von außen nach innen in die vordere Darmwand eingeführt. H Nähen Sie kontinuierlich die vordere Darmwand und den Gallengang, um die Anastomose zu vervollständigen

Für die anschließende Datenanalyse und -verarbeitung wurde SPSS Version 21.0 (IBM Corp., Armonk, NY, USA) verwendet. Ein Vergleich der Unterschiede zwischen drei Gruppen wurde mithilfe der Varianzanalyse (ANOVA) durchgeführt, und mehrere Vergleiche der Operationszeit und der Operationsscores wurden mithilfe der Tukey-Methode durchgeführt. Der exakte Fisher-Test wurde für gruppenübergreifende Vergleiche von Zähldaten verwendet. Die Lernkurve des Modellbetriebs wurde mithilfe der kumulativen Summenmethode (CUSUM) bewertet und die Ergebnisse mit Excel 2016 berechnet. Hypothesentests wurden alle mit zweiseitigen Wahrscheinlichkeiten durchgeführt und das Signifikanzniveau wurde auf α = 0,05 festgelegt.

Insgesamt wurden sechs Experten für Gallenchirurgie eingeladen, die Gesichtsvaliditätsbewertung für diese Studie durchzuführen (Abb. 4). Der Operationsraum-Score des Modells betrug 4,83 ± 0,41. Der Abdruckwert von Gallengang, Darmkanal und Leber betrug 4,33 ± 0,52, 4,17 ± 0,41 bzw. 3,83 ± 0,41. Der Realismuswert des Gallengangs betrug 4,17 ± 0,75 und war damit höher als bei den anderen beiden Teilen. Der Texturwert des Gallengangs betrug 4,17 ± 0,41 und war damit höher als bei den anderen beiden Teilen. Der Erscheinungsbildwert des Gallengangs betrug 4,00 ± 0,63 und war damit höher als bei den anderen beiden Teilen. Der Wert für die taktilen Empfindungen des Gallengangs und des Darmkanals betrug 4,00 ± 0,63 bzw. 3,83 ± 0,41.

Ergebnisse der Likert-Skala der Gesichtsvaliditätsbewertung der verschiedenen Teile des Modells

Abgesehen davon, dass die Ähnlichkeitsbewertung zwischen dem Modell und dem realen Betrieb kleiner als „stimme zu“ (4 Punkte) war, lag die Bewertung aller Experten bei mehr als 4 Punkten (Tabelle 2). Die Rationalität des Modelltrainings und der Vorschlag, das Modell im LCJ-Training zu verwenden, wurden von allen Experten nachdrücklich unterstützt. Das Modell galt als einfach zu bedienen, was das Risiko für Patienten verringern, die Fähigkeiten der Teilnehmer verbessern, die Lernkurve verkürzen und das operative Vertrauen sowie das Schulungsinteresse steigern kann.

Es gab signifikante Unterschiede in den OSATS-Scores zwischen den Forschern in den drei Gruppen (P < 0,01). Die Punktzahl der anwesenden Gruppe war signifikant höher als die der anderen Gruppe (29,20 ± 0,45 vs. 26,80 ± 1,10, P = 0,007) und der Resident-Gruppe (29,20 ± 0,45 vs. 19,80 ± 1,30, P < 0,001), wie in der Tabelle gezeigt 3 und Abb. 5A. Es gab signifikante Unterschiede in der Operationszeit zwischen den Forschern in den drei Gruppen (P < 0,05). Die Operationszeit der behandelnden Gruppe war deutlich kürzer als die der anderen Gruppe (13,32 ± 1,49 vs. 19,92 ± 2,02, P = 0,016) und der Assistenzgruppe (13,32 ± 1,49 vs. 39,84 ± 4,88, P < 0,001), wie in der Tabelle gezeigt 3 und Abb. 5B.

A Der Operations-Score der anwesenden Gruppe war signifikant höher als der der Mitgruppe oder der Resident-Gruppe; B Die Operationszeit der anwesenden Gruppe war deutlich kürzer als die der Mitgruppe oder der Wohngruppe. *P < 0,05, **P < 0,01, ***P < 0,001

Vier Bewohner waren bereit, insgesamt acht LCJ-Schulungen zu absolvieren. Der andere Bewohner konnte aus persönlichen Gründen nicht teilnehmen. Die Operationszeiten der vier Bewohner sind in Abb. 6A dargestellt. Die Operationsergebnisse sind in Abb. 6B dargestellt. Die durchschnittlichen Operationsergebnisse und Operationszeiten der fünf Stipendiaten wurden mit einer Linie markiert. Mit zunehmender Anzahl der Schulungen entwickelten sich die Operationszeiten und -ergebnisse schrittweise weiter. Es wurde festgestellt, dass die Anzahl der Wendepunkte in der Lernkurve der Assistenzärzte im Training 4. Fall, 4. Fall, 5. Fall und 5. Fall waren (Abb. 6C).

A Die Operationszeitkurve von LCJ B Die Operationsbewertungskurve von LCJ C Lernkurve von 4 Bewohnern

Traditionelle chirurgische Lehr- und Trainingsmethoden sind verschiedenen Belastungen ausgesetzt. Als alternatives Lehrmittel nimmt das chirurgische Simulationstraining einen wichtigen Platz im Lehrplan ein [26]. Eine Reihe von Simulationstrainingstools wurden entwickelt und im medizinischen Bereich als wirksam verifiziert, darunter der laparoskopische Boxtrainer und der Virtual-Reality-Simulator [28]. Mehrere randomisierte kontrollierte Studien und systematische Auswertungen haben gezeigt, dass die in diesen Simulatoren erworbenen technischen Fähigkeiten tatsächlich in Fähigkeiten in der realen Umgebung des Operationssaals umgewandelt werden können [29,30,31,32,33]. Leider mangelt es immer noch an ausreichend realistischen Modellen, um die realen anatomischen Strukturen nachzubilden. Das trockene Labormodell besteht aus hartem Material, das für die Naht nicht geeignet ist. Die mechanische Simulation von Weichgewebe wurde nicht optimiert, was ihre Anwendung in der chirurgischen Ausbildung (z. B. Nähen und Schneiden) erheblich erschwert. Virtuelle Realität ist teuer. Es kann weder die gleiche chirurgische Umgebung vollständig simulieren, noch kann es echte Anatomie und taktiles Feedback beinhalten.

Die 3D-Drucktechnologie hat sich rasant weiterentwickelt und ist zu einem der Anwendungsbereiche der Medizin, Biomaterialien, Gewebetechnik und Chirurgie geworden [34, 35]. 3D-Druck-Chirurgie-Trainingsmodelle können nicht nur die präoperativen anatomischen Details von Organen fördern, sondern auch verbessern Die Vertrautheit mit dem chirurgischen Eingriff verbessert die chirurgischen Fähigkeiten und verkürzt die Lernkurve, ist aber auch erschwinglich und verursacht niedrige Operationskosten [36, 37].

Eine aktuelle systemische Evaluierung ergab, dass 3D-Modelle Chirurgen die gleichen Lehr- und Trainingseffekte bieten könnten wie Leichensimulationen. Mit der Entwicklung des 3D-Drucks und der Biomaterialtechnologie könnten sie die Rolle von Leichensimulationswerkzeugen ersetzen [38]. Die sechs Experten der Studie waren davon überzeugt, dass das etablierte Modell eine gute Oberflächenvalidität erreichen kann. Sie waren sich alle einig, dass das Modell das realistische LCJ rekonstruierte und seine Anwendung im LCJ-Training unterstützte. Darüber hinaus kann das 3D-Modell die chirurgischen Fähigkeiten, das Selbstvertrauen und das Lerninteresse effektiv verbessern, die Lernkurve verkürzen und die Risiken der Patienten verringern. Dies deutet darauf hin, dass das Modell reale Operationsszenen simulieren und eine potenzielle Rolle in der chirurgischen Ausbildung spielen kann.

Aufgrund unserer bisherigen Erfahrungen mit der Verwendung von 3D-Druckmodellen für die chirurgische Ausbildung haben wir uns in dieser Studie für LCJ entschieden, da CJ eine häufig verwendete Choledochojejunostomie im Bereich der hepatobiliären und Pankreaschirurgie ist. Aufgrund der technischen Schwierigkeit von LCJ wurden nur wenige Studien zur Bewertung von LCJ durchgeführt. Aufgrund der hohen Fehlerkosten ist LCJ nicht oft mit chirurgischen Assistenzärzten oder Kollegen konfrontiert. Darüber hinaus stellen Veränderungen der Gallenwege Schwierigkeiten dar, denen man nur schwer begegnen kann. In diesem Modell haben wir den engen Raum simuliert, indem wir den Heliumteil der Leber bereitgestellt haben, sowie typische LCJ-Situationen, wie die Anastomose des linken und rechten Lebergangs oder die Anastomose des gemeinsamen Lebergangs. Darüber hinaus kann der Durchmesser des Gallengangs zwischen 2 mm und 2 cm liegen. Daher kann das Training schrittweise von einfach bis schwer erfolgen. Der Auszubildende muss das Modell lediglich herausnehmen, um das Anastomosenstoma zu überprüfen. Der den Gallengang simulierende Schlauch ist mit der Wasserpumpe verbunden, die die Leckage oder Stenose des Anastomosenstomas objektiv bewerten und vergleichen kann.

In dieser Studie wurde weiches Kieselgelmaterial verwendet, um das Parenchym des Gallengangs und des Dünndarms zu drucken. Die Materialien wurden in dieser Zeit kontinuierlich modifiziert und angepasst, um den Kriterien der chirurgischen Ausbildung gerecht zu werden. Das Modell simulierte nicht nur die anatomische Struktur, Textur, das Aussehen und das Tastempfinden echter Organe, sondern führte auch den mechanischen Test durch. Laut Literatur beträgt die maximale Belastung des Dünndarms im menschlichen Körper 0,9 MPa [39]. Die maximale Belastung des Gallengangs und des Dünndarms unter einachsiger Spannung beträgt 0,48 MPa bzw. 0,74 MPa, was nahe an der maximalen Belastung des menschlichen Dünndarms liegt. Alle Teilnehmer dachten, Gallengang und Dünndarm seien leicht zu nähen, weil sie leicht zu dehnen seien.

Die Ultraschallelastographie ist eine Art Ultraschallbildgebungsverfahren zur Beurteilung der Gewebehärte. Durch die Messung der im Gewebe erzeugten Spannungen können die mechanischen Eigenschaften des Gewebes nicht-invasiv bewertet werden. Durch die Erkennung von 3D-Druckkomponenten durch Ultraschallelastographie können die mechanischen Eigenschaften von Geweben bewertet werden, um die Verbesserung von Materialien zu fördern, um die Textur chirurgischer Trainingsmaterialien viel näher an den normalen menschlichen Körper zu bringen und das Trainingserlebnis zu verbessern. In dieser Studie wurde weiches Kieselgel verwendet, um das CJ-Modell und seine Härte zu simulieren. Die Härte des Dünndarms war etwas höher als die des normalen Dünndarms. In der Literatur wurde angegeben, dass die Härte des normalen Dünndarms 1,42 ± 0,6 m/s betrug [40]. Derzeit gibt es keinen relevanten Literaturbericht zur Ultraschallelastizität des menschlichen Gallengangs. Die Ultraschallelastizität unseres Gallengangmodells zeigte eine Härte von 1,95 m/s, was höher war als die des Dünndarms. Dies steht im Einklang mit der Tatsache, dass die Härte des Gallengangs im tatsächlichen Betrieb höher ist als die des Dünndarms. Derzeit untersucht unser Team die Verwendung von Hydrogel als 3D-Druckmaterial zum Drucken des CJ-Modells. Seine Härte ähnelt der von normalem CJ. Allerdings ist das Hydrogel nicht einfach zu konservieren und teuer. Wir glauben, dass mit der Verbesserung der 3D-Drucktechnologie und der Materialien das Problem der Gewebekonservierung und des Preises gelöst werden wird. Für das in dieser Studie verwendete Modell wurde eine FDM-Methode ausgewählt. Mit dieser Methode kann das Modell durch Schmelzen der Druckform schnell und in großen Mengen hergestellt werden, und die Druckkosten von FDM sind relativ niedrig.

Die Bewertung chirurgischer Fähigkeiten und Fertigkeiten ist ein wesentlicher Aspekt der medizinischen Ausbildung. Durch die Modelloperation kann die Untersuchung von Operationsergebnis und -zeit durchgeführt werden, um das Operationsniveau von Chirurgen effektiv widerzuspiegeln [41, 42]. Eine aktuelle systemische Überprüfung von 24 multidisziplinären Studien zeigte, dass durch wirksame Bewertungsinstrumente die technischen Fähigkeiten von Chirurgen bewertet werden könnten, was sich positiv auf die Prognose und das Ergebnis von Patienten auswirken kann [43]. Die Zuverlässigkeit und Wirksamkeit des OSATS-Bewertungstools ähneln der objektiven strukturierten klinischen Untersuchung, die in verschiedenen medizinischen Fachgebieten weit verbreitet ist und sich als wirksames Instrument zur Bewertung der technischen Fähigkeiten von Chirurgen erwiesen hat [44, 45]. Die chirurgischen Bewertungskriterien dieser Studie basieren auf einem solchen verbesserten Bewertungsdesign. In unserer Studie wurden drei Gruppen von Chirurgen ausgewählt, um die Konstruktvalidität dieses Modells zu bewerten. Dieses Modell kann die Unterschiede in den chirurgischen Ergebnissen und der Operationszeit zwischen drei Gruppen von Chirurgen effektiv unterscheiden, was den Trainingseffekt dieses Modells weiter verdeutlicht. Es kann verschiedene Ebenen von Chirurgen unterscheiden und grob beurteilen, ob Gallenchirurgen für eine LCJ-Operation bereit sind.

Im wiederholten Schulungsteil präsentierten vier Assistenzärzte schrittweise Fortschritte durch wiederholte Schulungen. Nach 8 Schulungssitzungen verkürzten alle Assistenzärzte schrittweise die Operationszeit und verbesserten die Punktzahl. Es gab jedoch immer noch eine Lücke zwischen ihrem Niveau und dem durchschnittlichen Niveau der Chirurgenkollegen. Der Wendepunkt in der CUSUM-Kurve zeigt einen Punkt des Trendübergangs an. Es wurde festgestellt, dass die Operationszeit nach dem Training für 4–5 Fälle relativ stabil war und ein Plateau erreichte. Nach mehr Schulung sind wir davon überzeugt, dass sich die Lernkurve der Assistenzärzte verkürzen sollte und ihre Operationszeit das Niveau ihrer Kollegen und sogar des behandelnden Chirurgen erreichen wird.

Unsere Studie weist noch einige Einschränkungen auf. Zunächst haben wir 15 Chirurgen ausgewählt, um LCJ am 3D-Modell durchzuführen. Für die Bewertung der Wirksamkeit des Modells sind erfahrenere Chirurgen erforderlich. Zweitens ist es ungewiss, ob die durch das aktuelle LCJ-Modell erworbenen Fähigkeiten direkt auf die chirurgische Umgebung übertragen werden, und es sind zukünftige Validierungsstudien erforderlich. Drittens enthält das aktuelle Modell keine Blutgefäße und simuliert keine intraoperative Blutung. Unsere Gruppe arbeitet derzeit an diesem Modell für Gewebeblutungen, das die reale Situation besser nachbilden wird. Viertens wurde in dieser Studie weiches Silikagelmaterial zur Simulation von Darmkanälen und Gallengängen verwendet, dessen Härte jedoch etwas höher war als die von normalem Gewebe. Darüber hinaus waren der Darmtrakt und der Gallengang, die in dieser Studie verwendet wurden, zweischichtige Strukturen, denen die mehrschichtige Struktur von normalem Gewebe fehlte. In Zukunft müssen wir verschiedene Materialien ausprobieren, um eine bessere Materialsimulation zu erreichen, beispielsweise Hydrogel-Organe und -Gewebe, und die Wirksamkeit ihrer Expertenbewertung und Schulung vergleichen. Obwohl das Modell anatomisch realistisch war, beschränkte sich die Trainingsaufgabe auf laparoskopische Nähte. Wir arbeiten an Hydrogelen und glauben, dass diese technischen Organisationen in Zukunft gelöst werden können.

Zusammenfassend haben wir durch diese Studie ein neues 3D-Druckmodell erstellt, das die realen chirurgischen Situationen am LCJ simulieren kann und ähnliche mechanische Eigenschaften und Härte aufweist, um Chirurgen mit unterschiedlichem Erfahrungsniveau zu unterscheiden. Darüber hinaus kann das LCJ-Modell den Auszubildenden dabei helfen, komplexe chirurgische Fertigkeiten zu erwerben, die Lernkurve zu verkürzen und das Risiko für Patienten zu verringern. Darüber hinaus ist das Training nicht durch Zeit und Umgebung begrenzt.

Die Ergebnisse dieser Studie zum 3D-Druck von LCJ-Modellen, der Bewertung von Gesicht, Inhalt und Konstruktvalidität, haben einen wichtigen Einfluss auf die chirurgische Ausbildung. Unser Ziel ist es, dieses Muster auf die Gallenchirurgie und andere chirurgische Fachgebiete auszuweiten. Obwohl das Modell anatomisch real ist, beschränkt es sich auf laparoskopische Nähte und beinhaltet keine Schnitt- und Anastomoseteile wie Ultraschallskalpelle und Klammergeräte. Wir glauben, dass diese Manipulationen in zukünftigen Hydrogelstudien angegangen werden. Darüber hinaus muss in Zukunft noch geprüft werden, ob die an den Modellen erworbenen Fähigkeiten direkt auf den chirurgischen Bereich übertragen werden können.

Weitere Daten und Materialien können auf Anfrage dem entsprechenden Autor zur Verfügung gestellt werden.

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Wir möchten uns bei allen Teilnehmern für die wunderbare Zusammenarbeit bedanken.

der Fonds des Teilprojekts des Schlüsselprogramms für Forschung und Entwicklung des Ministeriums für Wissenschaft und Technologie (2018YFB1107104).

Diese Arbeit wurde durch den Fonds des Teilprojekts des Schlüsselprogramms für Forschung und Entwicklung des Ministeriums für Wissenschaft und Technologie (2018YFB1107104) unterstützt. Der Geldgeber war an der Konzeption und Durchführung der Studie sowie an der Entscheidung, das Manuskript zur Veröffentlichung einzureichen, beteiligt.

Abteilung für Allgemeine Chirurgie, Zweites angegliedertes Krankenhaus der Universität Shanghai (Wenzhou Central Hospital), Wenzhou, 325000, China

Jianfu Xia

Soochow-Universität, Suzhou, 215000, China

Jianfu Xia

Allgemeine Chirurgie, Krebszentrum, Abteilung für Hepatobiliäre und Pankreaschirurgie und minimalinvasive Chirurgie, Volkskrankenhaus der Provinz Zhejiang, Hangzhou, 310000, China

Jianfu Xia & Zhifei Wang

Das Second Clinical Medical College, Zhejiang Chinese Medical University, Hangzhou, 310000, China

Jinlei Mao & Hao Chen

Hochschule für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, Technische Universität Zhejiang, Hangzhou, 310014, China

Xiaodong Xu & Jing Zhang

Abteilung für Allgemeine Chirurgie, Sir Run Run Shaw Hospital, Zhejiang University School of Medicine, Hangzhou, 310000, China

Jin Yang

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WZF und XJF konzipierten und gestalteten die Analyse. WZF und XJF betreuten die Studie. ZJ und XXD haben das Modell hergestellt und geprüft. WZF, XJF und YJ führten alle Lehr- und Betriebsexperimente durch. MJL und CH analysierten die Daten. XJF, MJL und CH haben das Manuskript geschrieben. WZF und JY haben das Manuskript überprüft. Alle Autoren haben das endgültige Manuskript gelesen und genehmigt.

Korrespondenz mit Zhifei Wang.

Diese Studie erhielt die ethische Genehmigung der Ethikkommission des Wenzhou Central Hospital und alle Teilnehmer gaben eine schriftliche Einverständniserklärung zur Teilnahme an dieser Studie ab. Darüber hinaus entsprachen alle Versuchsprotokolle mit Menschen der Deklaration von Helsinki.

Unzutreffend.

Die Autoren erklären, dass sie keine konkurrierenden Interessen haben.

Springer Nature bleibt neutral hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten.

Quiz vor dem LCJ.

Zusatzdatei 2.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Xia, J., Mao, J., Chen, H. et al. Entwicklung und Evaluierung eines tragbaren und weichen 3D-gedruckten Gipsverbandes für das laparoskopische Choledochojejunostomie-Modell in der chirurgischen Ausbildung. BMC Med Educ 23, 77 (2023). https://doi.org/10.1186/s12909-023-04055-0

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Eingegangen: 01. Juli 2022

Angenommen: 24. Januar 2023

Veröffentlicht: 31. Januar 2023

DOI: https://doi.org/10.1186/s12909-023-04055-0

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