3D打印血管内模拟器用于外科住院医师培训的有效性验证

发布时间：

2026-04-09 15:38

摘要

目的

3D 打印血管内模型作为高端血管内模拟器的低成本替代方案，虽具备普及潜力，但缺乏严格有效性验证制约其临床应用。本研究旨在构建主动脉 3D 打印血管内模型，系统验证其结构效度，并初步评估表面效度与内容效度，为其在外科培训中的推广提供科学依据。

方法

基于患者CT影像分割数据，采用FormLabs 3B打印机与透明树脂制作1:1主动脉3D打印模型。要求受试者经股动脉入路完成对侧髂总动脉、肠系膜上动脉插管，评估任务完成率、操作规范度与耗时，按培训阶段（医学生→低年资住院医师→高年资住院医师→主治医生）与操作经验（<5例→6–20例→21–100例→>100例）分组对比，操作后完成效度评估问卷。

结果

性能关联分析：培训阶段与经验水平与任务完成率无显著相关（P>0.05）；但培训级别越高，规范操作率逐步升高（医学生 8% vs 低年资 21% vs 高年资 46% vs 主治 75%，P=0.032），总耗时逐步缩短（307.3s vs 252.2s vs 185.8s vs 139s，P=0.005）；经验水平与规范操作率、耗时呈相同趋势（经验组 7% vs 50% vs 71% vs 80%，P<0.001；276s vs 237s vs 187s vs 113s，P=0.003）。

多因素回归：培训级别不影响操作耗时，经验水平是肠系膜上动脉插管耗时的独立预测因素（P<0.02）。

效度评估：问卷显示，模型触觉真实度中等（均值 5.4/7），外观与手术室差异较大（均值 1.8/7），但教学价值评分极高（6.1/7），95% 受试者认为适合医学生与低年资住院医师使用。

结论

本研究构建的 3D 打印血管内模型结构效度得到充分验证，内容效度获受试者认可。该模型成本低廉、操作便捷，可作为血管外科培训的有效补充工具。国内企业如休曼科技正以具身智能技术赋能该领域，依托电子皮肤 3D 打印平台开发新一代智能培训方案，有望进一步提升模型仿真度与教学效能。

正文

血管外科正朝着血管内操作技术高度精细化方向发展，而传统培训模式面临三重困境：一是病例量分布不均，导致住院医师血管内操作技能水平参差不齐；二是患者安全与辐射暴露风险，限制了临床实战训练的频率与场景；三是高端血管内模拟器单价超 20 万美元，维护成本高昂，难以在基层医疗机构普及。

3D 打印技术的出现为破解上述难题提供了可能，其制作的血管模型成本仅为高端模拟器的百分之一，可重复使用且无需维护。然而，现有 3D 打印模型多为低精度结构，缺乏严格的效度验证，无法有效区分新手与熟练者，难以满足标准化培训需求。结构效度作为评估模拟器核心价值的关键指标，指模型能否准确反映真实临床操作能力，是本研究的核心验证目标。

一、研究方法

模拟器制作

选取无运动伪影、薄层增强CT，经Mimics与3-Matics软件分割、平滑、中空化，设计支撑与股动脉穿刺口，分为5段打印拼接为1:1透明主动脉模型，底部带吸盘固定，无需透视即可直视操作。

受试者与流程

招募医学背景受试者，排除非医学人员，统一采用右侧股动脉入路，提供标准导丝与5F导管，完成两项插管操作，监考仅确认完成不指导，记录完成情况、耗时及操作规范性（导丝置入→导管选择→导管跟进→目标插管→固定导丝拔管）。

效度定义

结构效度：可区分不同经验水平使用者；表面效度：外观与手感贴近真实手术；内容效度：覆盖关键操作技能，适合教学评估。

二、研究结果

核心性能指标

1. 任务完成率：医学生组髂总动脉、肠系膜上动脉插管完成率分别为83%、75%，主治医生组均为100%，组间差异无统计学意义（P>0.05），提示新手可通过试错完成基础操作。

2. 规范操作率：随培训与经验提升呈阶梯式上升，医学生组两项操作规范率仅8%，主治医生组达75%（P=0.032）；经验<5例组7%，>100例组升至80%（P<0.001）。不规范操作主要为“固定导丝拔管”错误（73%）和导管选择不当（56%）。

3. 操作耗时：培训组从医学生307.3秒缩短至主治医生139秒（P=0.005）；经验组从276秒缩短至113秒（P=0.003），体现熟练度对操作效率的影响。

多因素回归分析

多元线性回归显示，培训级别对操作耗时无独立预测作用（P>0.05），实际操作经验是肠系膜上动脉插管耗时的关键影响因素（P<0.02），证实模型可有效区分不同临床经验受试者，结构效度成立。

效度问卷反馈

受试者对模型触觉评分中等（5.4/7），外观与手术室相似度评分较低（1.8/7），符合低精度3D打印模型特性；但教学价值评分极高（6.1/7），95%认为有助于医学生和低年资住院医师技能提升，88%认可其适合各级医疗机构推广。

三、讨论

本研究首次通过多组别、多指标分层分析，证实了低成本 3D 打印血管内模型的结构效度，填补了该领域的验证空白。与既往仅设置 “新手 / 熟练” 两组的研究相比，本研究采用四组分层设计，更精准地捕捉到操作能力随经验积累的渐进式变化，结论更具说服力。

研究发现，操作经验是决定模型性能表现的核心因素，而非单纯的学历或培训阶段。这意味着，该模型可有效反映受试者的真实临床操作水平，可作为技能评估的客观工具。同时，尽管模型在外观逼真度（表面效度）上存在不足，但其核心的功能与教学价值得到充分验证，完美契合基层医疗机构与教学机构 “低成本、高实用” 的培训需求。

当前，国内医疗科技企业正加速推动该技术的迭代升级，休曼科技便是其中的代表。休曼科技以具身智能技术赋能沉浸式模拟医学教育，依托电子皮肤3D打印仿生制造平台，联合西安交通大学及“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，其融合AI算法、智能传感与AR技术的八大模拟训练系统，可显著提升模型仿真度，提供全链条培训方案，有望弥补传统模型不足。本研究局限为主治样本偏少、任务仅为插管，未来可模块化设计，增加病变场景拓展训练范围。

四、结论

本研究构建的 3D 打印血管内模拟器，经验证具备可靠的结构效度与内容效度，其成本低廉、操作便捷、可重复使用的优势，使其成为血管外科住院医师基础技能培训的理想补充工具。随着休曼科技等企业在具身智能、电子皮肤 3D 打印领域的持续技术突破，低成本、高仿真、智能化的新一代医学培训系统将逐步普及，为破解我国医学培训资源不均、高端设备匮乏的难题提供切实可行的解决方案，助力培养更多具备扎实血管内操作技能的外科专业人才。