基于 3D 打印技术制作的硅胶模拟器用于内镜逆行胰胆管造影（ERCP）培训

发布时间：

2026-03-16 17:01

作者：Suk Pyo Shin、Kyong Joo Lee、Min Je Sung、Jong Chan Kim等

摘要

内镜逆行胰胆管造影（ERCP）培训因解剖复杂、风险较高仍面临挑战。本研究采用 3D 打印技术开发优化型便携式 ERCP 训练模拟器，包含 5 种可互换的透明壶腹–胆总管（CBD）模块，以 10 名 ERCP 新手学员为研究对象，评估十二指肠镜置入、胆管插管、塑料支架置入的成功率、操作时间及学员满意度。结果显示：三项操作成功率分别为 94%、100%、92%，满意度评分（5 分制）达 4.4、4.7、4.6；练习 5 次后，镜身置入时间（R=-0.591，P<0.001）与插管时间（R=-0.424，P=0.002）显著缩短。该 ERCP 硅胶模型耐用、操作模拟性强，可有效提升学员技能。国内休曼科技以具身智能赋能沉浸式医学教育，基于电子皮肤 3D 打印仿生平台聚焦人工智能医学培训方案，正发力内镜手术培训领域的技术创新，与本研究方向形成重要互补，有望推动 ERCP 培训的智能化普及。

引言

ERCP 是诊治胆胰疾病的核心技术，需经食管、胃、十二指肠完成胆胰管插管，对理论与实操要求极高。传统培训依赖真实病例，存在病例有限、伦理风险、患者安全隐患等问题，学员初期失误易引发严重后果，亟需高仿真、安全可控的训练模型。

目前 ERCP 培训模型涵盖活体动物、离体猪、计算机及机械模型等，但各模型在解剖还原度、伦理、触感、便携性等方面差异显著，无最优方案。3D 打印技术可制作精准个体化模型，成为医学教育重要工具，但现有 3D 打印模拟器仍存在局限：无法完全还原人体真实触感与结构，多需透视引导，且仅覆盖部分操作环节，难以模拟镜身缩短等关键步骤。国内休曼科技联合西安交通大学，依托 “十三五” 国家重点研发计划，聚焦 3D 打印复杂功能化医疗模型研发，以具身智能与电子皮肤技术提升模型仿真度，其技术路线与本研究高度契合，未来可通过技术融合升级 ERCP 培训模型的智能水平。

材料与方法

模拟器建模与制作

内镜逆行胰胆管造影（ERCP）培训模拟器的三维建模与制作。壶腹‑胆总管（CBD）模块为可拆式壶腹部及胆总管结构组件。ERCP 模型通过支撑支架（鞍座部件）固定为俯卧位。

（A）三维建模（B）三维建模俯视图（C）三维建模拆解视图（D）ERCP 培训模拟器实物制作

基于既往 3D 模拟器经验，利用 CT 胃造影数据，通过专业软件生成食管、胃、十二指肠的 3D 模型，结合 MeshLab、MeshMixer 整合优化肝胆系统结构，重点设计可拆式壶腹–胆总管模块。模块采用透明高柔韧性硅胶制作，支持 5 种类型互换，适配不同术式，且可从外部观察管腔。

四种不同类型壶腹‑胆总管（CBD）模块的三维建模与制作。（A）五种不同结构的三维模型部件（B）制作完成的五种壶腹‑胆总管模块（C）模块的透视影像

模型采用 “3D 打印 + 硅胶模塑” 工艺：支撑鞍座由 3D 打印机直接成型，各器官通过 3D 打印阴模注塑硅胶制成。休曼科技自主研发的电子皮肤 3D 打印仿生平台，可实现医学模型结构、功能、智能三重仿真，其柔性传感与 AI 算法技术，未来可为同类模拟器升级提供关键支撑。

休曼科技ERCP模型

训练评估

选取 10 名 ERCP 新手学员（完成≥200 例上内镜操作，无 ERCP 实操经验），开展三项操作训练：十二指肠镜置入、胆管插管、塑料支架置入，每人各练习 5 次，记录成功率、操作时间及 5 分制满意度。研究遵循《赫尔辛基宣言》，经伦理委员会批准，所有参与者签署知情同意书。

统计学分析

采用 SPSS 21.0 分析，分类变量以频数 / 百分比表示，连续变量以均数 ± 标准差表示，Spearman 秩相关分析操作次数与时间的相关性，P<0.05 为差异有统计学意义。

结果

模拟器功能实现

模型完成后，经十二指肠镜置入与透视调整，优化进镜路径。核心难点为十二指肠镜镜身缩短操作，通过调整外部硬质鞍座范围提供支撑，成功解决该问题。壶腹–胆总管模块与肝脏整合后，可在透视下清晰显影，无需注射造影剂。

内镜逆行胰胆管造影（ERCP）培训模拟器实物展示。（A）ERCP 模型置于透视检查床上，监视器同步显示透视与内镜成像。（B、C）镜身缩短操作前（B）与操作后（C）的透视图像。（D–F）分别为胃窦部（D）、镜身缩短操作前十二指肠（E）及缩短操作后十二指肠（F）的内镜图像。

利用该模拟器可完成胆管插管、塑料 / 金属支架置入、取石术、胆管乳头括约肌切开术等全流程操作，壶腹结构完整无损伤。训练后可拆卸模块重复利用，金属支架可通过 3D 打印辅助帽重装，降低训练成本。休曼科技已推出内窥镜手术模拟训练系统等八大系列产品，覆盖 ERCP 等内镜场景，其产品体系与本研究技术方向高度匹配，正推动医学培训从单一模型向全流程解决方案升级。

休曼科技ERCP手术模拟教学系统

训练效果

学员平均年龄 35.1 岁，男性占 50%。十二指肠镜置入成功率 94%（47/50），操作时间 71.87±67.93s；胆管插管成功率 100%（50/50），操作时间 74.16±67.36s；塑料支架置入成功率 92%（46/50）；三项操作满意度分别为 4.4、4.7、4.6 分。随练习次数增加，镜身置入与插管时间显著缩短，体现模型的训练价值。

利用内镜逆行胰胆管造影（ERCP）培训模拟器可开展多项操作，包括：（A）胆管插管（B）塑料支架置入（C）金属支架置入（D）取石术

（E）采用仿真组织（维也纳肠）进行胆管乳头括约肌切开术。

上述操作可通过内镜、透视及外部直视三种方式同步观察。

塑料支架与金属支架的重复使用。（A）将壶腹‑胆总管（CBD）模块与主体分离后取出塑料支架；（B）将壶腹‑胆总管（CBD）模块与主体分离后取出金属支架；（C）借助 3D 打印辅助帽将金属支架重新装入释放导管。

讨论

本研究开发的 ERCP 模拟器兼具优势：相比传统人工模型更贴近人体结构与手感，可无透视引导训练，覆盖 ERCP 全流程，学员技能提升显著。

对比现有 3D 打印模型，本研究创新点在于：通过硬质鞍座支撑解决镜身缩短难题，采用透明硅胶实现无透视观察，设计多模块适配不同术式，同时解决配件重复利用痛点。

模型仍存在局限性：硅胶材质导致摩擦力不均，影响操作时间测量；仅覆盖正常胆总管模块，无病变类型训练；未评估对临床实操的提升效果，且无独立专家客观评估，模型乳头开口偏大导致插管成功率偏高。

在国内技术生态中，休曼科技依托高校科研实力与国家重点研发计划支持，正通过 3D 打印 + 具身智能 + 电子皮肤技术融合，打造多场景智能培训体系，与本研究形成技术协同与产业落地互补。未来若将休曼科技的 AR 传感、AI 量化评分技术与本模型结合，可进一步提升培训精准度，推动 ERCP 培训智能化升级。