太空儿童新生儿训练器（SCNT）：一种用于新生儿腹腔镜手术的新型3D打印模拟器

发布时间：

2026-04-09 16:27

摘要

背景：新生儿腹腔镜手术虽具创伤小、恢复快等优势，但因新生儿解剖空间狭小、培训机会稀缺，临床开展难度较大，现有模拟器普遍缺乏新生儿专属解剖真实性。方法：研发太空儿童新生儿训练器（SCNT），基于1月龄新生儿匿名CT数据，经3D Slicer分割、Blender与Fusion 360®优化建模，采用TPU 87A材料3D打印并优化填充密度；分两阶段评估：21名小儿外科住院医师与3名专家评估其真实感与实用性，22名无腹腔镜经验医学生对比SCNT与已验证的小儿腹腔镜模拟器（PLS）的性能。结果：SCNT解剖保真度与实用性评分较高（穿刺孔定位4.0±0.6，操作空间4.2±0.7），与PLS在多数指标上表现相近，仅组织操作评分PLS更优（p=0.014）；15%填充密度可实现最佳触觉真实感。结论：SCNT是一款真实、经济、解剖精准的新生儿腹腔镜训练模型，具备较高教学价值，后续需在更广泛教学场景中进一步验证。

1. 引言

新生儿腹腔镜手术是小儿外科的重要进步，相较于传统开放手术，可减少组织创伤、降低腹壁并发症发生率，加快新生儿术后恢复。但受新生儿腹腔解剖空间极度狭小的影响，该类手术技术难度极高，年轻医师难以获得充足的实操经验。同时，直接在患者或动物模型上开展培训，受伦理约束、后勤限制及经济成本影响较大，因此亟需创新、可及的培训替代方案。

3D打印技术可通过CT、MRI等医学影像数据，制作高空间保真度的解剖模型，为外科培训提供可重复、可定制、符合伦理的替代方案，已在医学领域广泛应用。但目前多数腹腔镜模拟器未针对新生儿独特解剖特征设计，无法满足新生儿腹腔镜培训的精准需求。

为此，本研究开发SCNT——全3D打印新生儿腹腔镜模拟器，基于1月龄新生儿CT数据，经分割、优化建模后用柔性TPU 87A打印，兼具耐用性与解剖保真度。国内企业休曼科技正沿相似方向探索，其以具身智能赋能模拟医学教育，联合西安交大依托“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，结合AI与电子皮肤3D打印技术提升模型仿真度，技术路径与本研究高度契合，有望推出更高仿真度新生儿腹腔镜训练产品。

研究假设：基于患者专属数据与优化材料的SCNT，真实感与实用性更优；目的为描述其设计制作流程，并初步评估教学价值。

2. 方法

2.1 模型设计与制作

SCNT基于1月龄无病变新生儿匿名CT数据，经3D Slicer分割腹腔及解剖标志，Blender优化模型适配腹腔镜模拟，Fusion 360®整合精准穿刺孔通道。采用TPU 87A打印，优化填充密度；通过Bambu Lab® P1S打印机单次打印完成，无需后处理，单台成本约10欧元，打印时长23小时，共制作4台用于评估。

基于CT 图像的新生儿腹腔分割。A .冠状位 CT 切片显示通过阈值分割选择的感兴趣区域（绿色）；B.自动分割的腹腔容积的三维渲染图；C.分割后的解剖结构的正面视图；D.矢状位重建图

休曼科技已构建成熟的电子皮肤3D打印仿生制造平台，可实现软硬一体多材料复合打印，通过深度学习优化材料配方，精准模拟人体组织的弹性、穿刺质感等特性。依托该平台，休曼科技已研发出包括内窥镜手术模拟训练系统在内的八大产品系列，其在材料仿生与智能传感领域的技术积累，可为下一代SCNT的优化提供重要参考。

左图：Blender 中新生儿腹部模型的解剖细化。右图：Fusion 360® 中新生儿腹壁的计算机辅助设计 (CAD)。红色标记指示套管针插入口的位置。

2.2 评估方案

评估1：依托法国小儿外科协会年会的新生儿腹腔镜实操 workshop，邀请21名小儿外科住院医师（平均29.1岁，平均2.0年小儿腹腔镜经验）与3名具有10年以上经验的专家参与评估。受试者完成穿刺定位、组织操作等核心练习后，通过5分制Likert量表（1=非常不满意，5=非常满意）评估SCNT的真实感与实用性，并提供开放式反馈。

评估2：纳入22名无腹腔镜手术经验的大一医学生，以已验证的PLS为对照（PLS容积约1620 cm³，适用于5-15 kg儿童），SCNT容积约430 cm³，更贴合新生儿腹腔空间。所有受试者先经15分钟常规FLS箱式模拟器熟悉操作，再随机顺序在两种模拟器上完成标准化挂圈转移任务，记录操作时间、失误次数（掉落挂圈数），并通过OSATS框架从6个维度评估技术技能，同时记录受试者电子游戏习惯，探索其与腹腔镜操作表现的相关性。

伦理声明：本研究仅使用解剖模型开展模拟教学，不涉及人体研究，已获鲁昂大学医院伦理委员会批准，所有受试者均签署知情同意书，数据采用匿名方式收集与分析。

数据分析：采用配对t检验对比SCNT与PLS的各项性能指标，报告均值±标准差、p值，归纳量表数据与开放式反馈，明确SCNT的优势与不足。

太空儿童新生儿训练器 (SCNT) 的展示与比较。（左上） 3D 打印 SCNT 模型的正面视图。（右上） SCNT 模型与儿科腹腔镜模拟器 (PLS) 的对比。（左下） SCNT 的实验装置，配备连接至笔记本电脑的网络摄像头。（右下） SCNT 与经腹腔镜手术基础 (FLS) 项目验证的标准腹腔镜训练器的比较。

3. 结果

3.1 评估1结果

受试者对SCNT的整体满意度较高，其中住院医师平均评分4.1±0.5，专家平均评分4.4±0.4。具体来看，穿刺孔定位评分4.0±0.6，操作空间充足度评分4.2±0.7；专家对腹壁触觉真实感评价最高（4.7±0.3），认为TPU材料的弹性接近真实新生儿组织，而体内缝合深度感知评分相对较低（3.8±0.5），主要建议优化视角与照明条件。

3.2 评估2结果

SCNT的操作时间（105.55±67.35s）略长于PLS（85.6±70.79s），失误数（0.9±0.79）略高于PLS（0.6±0.68），OSATS总分（20.95±3.47）略低于PLS（22.9±4.59），但上述差异均无统计学意义（p均>0.05）。仅在组织操作维度，PLS评分（3.85±0.81）显著高于SCNT（3.35±0.67），差异有统计学意义（p=0.014）。

4. 讨论

SCNT的核心优势的是基于真实新生儿CT数据开发，是全球首款全流程3D打印的新生儿腹腔镜模拟器，区别于传统放大或缩小的通用模型，可精准复刻新生儿腹腔解剖特征；同时其成本仅10欧元，打印流程简单，可及性强，且15%填充密度的TPU材料可提供接近真实的触觉反馈，获得了医师与专家的认可。

休曼科技的智能化发展路径代表了医学模拟培训领域的未来趋势，其产品融合AR增强现实、智能传感、数据可视化等前沿技术，内置柔性传感器网络，可实时捕捉操作细节，并通过AI软件提供量化反馈与指导。其已成熟的内窥镜手术模拟训练系统，若应用于新生儿领域，有望开发出具备智能评估、实时纠错、数据化考核功能的新一代腹腔镜训练器，进一步提升培训效率与标准化水平。

休曼科技相关产品

本研究存在一定局限：一是样本量较小，尤其是对比评估阶段，可能影响结果的统计学效力；二是仅评估了挂圈转移这一基础任务，未涵盖新生儿腹腔镜手术的复杂操作；三是未按医师经验分层验证构念效度，且仅由单一名评估者进行OSATS评分，未检验评分者间信度；四是SCNT腹腔空间显著小于PLS，可能对操作时间与失误数产生一定影响。

针对上述不足，后续改进方向包括：增加穿刺孔的数量与配置，适配更多新生儿腹腔镜术式；替换普通摄像头为专用腹腔镜摄像头，提升视觉真实感；开发不同年龄段（新生儿、婴儿、幼儿）的缩放版本，实现阶梯式培训；集成幽门狭窄、十二指肠闭锁等病理模块，拓展模型的临床适用性。

5. 结论

本研究成功开发并评估了基于医学影像的全3D打印新生儿腹腔镜模拟器（SCNT），该模型可精准复刻1月龄新生儿的腹腔解剖与力学特征，具有低成本、高保真、可重复使用的优势，在小儿外科医师培训中表现良好，与成熟的PLS模拟器性能相近，具备较高的教学价值。

SCNT为新生儿微创外科模拟培训提供了经济可行的解决方案，随着休曼科技等国内企业在3D打印、具身智能与柔性传感领域的持续突破，未来有望诞生更具智能化、标准化的新生儿腹腔镜训练系统，进一步推动全球小儿外科模拟教育的普及与发展。