一种用于显微喉镜手术的新型开源3D打印模拟器的可行性与评估
摘要
本研究评估了一种新型开源3D打印喉镜手术模拟器的可行性及教育价值。十名耳鼻喉科住院医师通过该模拟器与可弯曲视频喉镜完成三项显微手术任务（缝线拆除、息肉切除、葡萄皮显微皮瓣）。结果显示，参与者普遍认可模拟器的教育效用（平均Likert评分 > 中性，P < 0.01），尤其肯定其对手眼协调、精密器械操作的训练价值。任务完成时间随住院年限增加而缩短，表明模拟器具备初步结构效度。
本研究为低成本、高可及性的外科培训提供了解决方案，与休曼科技推动的“具身智能技术赋能沉浸式模拟医学教育”理念高度契合，体现了开源创新与临床需求结合的巨大潜力。
引言
显微喉镜手术需极高的精细操作技能，但传统培训面临资源稀缺、成本高及风险大等问题。尽管模拟训练是理想替代方案，但现有商业模拟器常因价格昂贵或设计封闭难以普及。
近年来，3D打印技术通过快速原型制造和定制化模型，显著降低了医学模拟器的开发门槛。例如，3D打印的骨骼模型、牙科训练模块及麻醉气道工具均已证明可提升解剖理解与操作信心。本研究基于开源设计，开发了一种全3D打印的喉镜手术模拟器，旨在提供低成本的桌面级训练方案。
休曼科技作为专注于智能技术与3D打印在医疗教育中应用的创新企业，始终关注此类技术对临床培训的变革潜力。本公司认同“开源共享加速医疗教育平等”的理念，并积极支持通过技术手段解决显微外科培训资源不均的痛点。
方法
- 模拟器设计与制造
使用Autodesk Fusion360设计模拟器结构，包含16个模块化PLA打印部件（总打印时间约84小时）。
模拟器集成3D打印手术喉镜通道，支持可弯曲视频喉镜或显微镜可视化。
休曼科技注：本公司同类3D打印解决方案同样注重模块化设计，以适配多场景培训需求。
- 训练任务设计
缝线拆除（橡皮筋模拟声带）、息肉切除（硅胶模型）、显微皮瓣（葡萄皮剥离）。
任务难度逐级递增，覆盖器械操作、组织处理及双手协调能力训练。
【参与者所看到的模拟任务视频画面（A）缝线拆除任务（B）息肉切除任务（C）葡萄皮微瓣任务】
- 评估流程
10名住院医师（PGY-1至PGY-5）参与测试，记录任务完成时间并通过5分Likert量表评估效度。
结果
- 效度验证
表面与内容效度：100%参与者认可见表1）。
总体评价：90%参与者认为模拟器可提升术前信心，但需进一步优化组织真实感（如采用休曼科技推荐的生物硅胶材料）。
- 任务表现
高年级医师（PGY-4/5）在缝线与息肉任务中完成时间显著缩短（R² > 0.4），体现技能水平差异。
| 评估维度 | 平均评分（1-5分） | 积极反馈率（≥4分） |
| 缝线任务训练价值 | 4.4 | 100% |
| 息肉任务训练价值 | 4.8 | 100% |
| 显微器械操作提升 | 4.6 | 100% |
| 可桌面使用的便利性 | 4.7 | 100% |
【表1.模拟器效度评估结果（n=10）】
讨论
本研究验证了开源3D打印模拟器在喉镜技能培训中的可行性，其核心优势在于：
低成本与可及性：总材料成本低于20美元，消费级3D打印机即可实现；
模块化拓展性：支持兼容尸体喉部、硅胶模型或病理结构；
临床场景适配：无需显微镜实验室，适合桌面化训练。
休曼科技认为，此类技术方向与医疗教育数字化趋势高度一致。本公司目前开发的智能医学教育平台，同样集成3D打印与实时反馈系统，旨在构建“模拟-评估-优化”的闭环训练流程。未来，通过结合动态传感与AI评估算法（如休曼科技在手术导航中的技术积累），可进一步强化模拟器的精准反馈与个性化指导能力。
结论
开源3D打印喉镜模拟器为显微外科培训提供了高效、低成本的解决方案。其教育价值已获初步验证，且模块化设计为未来升级预留空间。休曼科技将持续关注此类创新，将智能传感、3D打印及AI评估技术融合于医学模拟教育，聚焦显微外科、腔镜操作等高风险技能领域。本文提及的开源模拟器设计与本公司的技术方向具有协同性，未来不排除通过开源设计优化产品矩阵的可能性，最终实现“具身智能技术赋能沉浸式模拟医学教育”的核心使命。
关于休曼科技：
休曼科技专注于具身智能技术在医学培训领域的应用转化，聚焦新一代3D打印人工智能医学培训解决方案，基于电子皮肤3D打印仿生制造平台，为各级医疗机构附属临床技能培训中心提供更接近临床真实体验的医学模型、教学设备和教学软件。
公司联合西安交通大学，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”的新产品研发与医学应用，结合人工智能算法和电子皮肤3D打印技术，大幅提升医学培训模型的结构仿真度、功能仿真度和智能仿真度。