微创是21世纪外科的发展方向，腔镜外科技能是所有外科医生都必须掌握的基本技能，腔镜技能培训也是外科住院医师培训的重要组成部分。然而，目前国际上腔镜外科技能培训的方法存在差异，且考核方式仍停留在考官肉眼观察学员操作及主观评价阶段。本文综述了目前国内外腔镜模拟培训与考核的研究现状，并讨论了华西智能腔镜培训与考核系统研发过程和应用成果，旨在为腔镜模拟教育发展提供一定理论基础和实践经验。
引用本文： 周健, 廖虎, 郑权, 刘伦旭. 腔镜模拟培训和考核研究现状分析与探讨. 中国胸心血管外科临床杂志, 2024, 31(5): 667-671. doi: 10.7507/1007-4848.202311033 复制
自20世纪80年代以来，腔镜手术的应用范围逐渐从诊断扩展到治疗，其适应病种也不断增多，已逐渐成为外科的常规术式[1-2]。根据美国一项全国手术病例数据库的研究[1]，2003—2018年普外科的6种常见术式中，腔镜微创手术占比均显著增加，其中胆囊切除术、阑尾切除术、Nissen胃底折叠术在2018年的腔镜手术占比均超过90%。一项在2016年开展的调查[3]显示，在国内开展胸外科手术的三级医院中，已有超过90%的医院开展了胸腔镜手术。腔镜外科手术是外科微创化的标志，小切口、微创化提升了患者的术后生活质量[4-7]。腔镜技能已成为所有外科医生都必须掌握的基本技能，而腔镜技能培训也是外科住院医师培训的重要组成部分。腔镜外科技能培训的重点在于提升医师的腔镜意识运动技能（laparoscopic psychomotor skills，LPS），即医师在处理人体组织时所需的意识动作协调一致的精细操作能力。有效而持续的重复训练对LPS的培养至关重要[8-9]。因此，开展腔镜外科技能培训具有重要意义。
传统的腔镜外科技能培训多采用“师徒传承”模式，在手术室内进行，学员通过反复观察老师的操作后进行自主实践[10-11]。学员需要观察学习和实际操作一定数量的手术后，才能达到熟练水平。例如，对于胸腔镜肺叶切除术，在完成25～50例手术后，学员才能达到相对稳定的操作水平[12]。对腹腔镜肝切除术学习曲线的研究[13-14]表明，术者在完成37～42例手术后学习曲线进入平稳期。在学习曲线的初期，学员难免会有较高的错误率[15]。然而，如今医师人数不断增加，年轻腔镜医生在手术室内的实践和练习机会有所减少。为保障患者安全，亟需一种手术室外的训练方式，即模拟训练。模拟训练为学员提供了在高效、安全的训练环境中进行手术室外腔镜技能训练的机会，有助于积累操作经验，缩短医师手术室内训练时间，避免学习曲线上的高错误率阶段出现[16]。
为确保医师腔镜训练的有效性，确保其培训成果能够提升腔镜手术技术水平[17]，有必要建立标准化的考核评估体系。这一体系主要包括“形成性评价”和“总结性评价”。前者作为训练过程中的考核，持续为训练者提供反馈；后者则是对学员训练成果的综合评估，用于确定整体训练的合格情况[4, 18]。通过不同阶段和不同维度的考核，能够客观反映腔镜训练效果，提升腔镜技能培训水平。
1 腔镜外科技能培训与考核研究现状
1.1 腔镜外科技能培训设备
目前常见的腔镜外科技能培训设备主要是腔镜模拟训练箱[19]，其类型可分为实体模具和虚拟仿真模具。实体模具通常采用硅胶材料或动物实体器官来模拟人体体腔结构，通过操作真实的腔镜手术器械进行抓持、传递、裁剪、缝合等训练[19-20]。这种方法有助于学员练习必备的腔镜手术基本技能，并提供了近似真实的腔镜器械操作体验。其设计简单易推广，但普遍缺乏对训练效果进行客观评价的标准。
虚拟仿真模具以虚拟现实和人机交互的形式实现训练目的[21-22]，可以在虚拟环境中进行精细解剖、组织切除等腔镜基本技能的训练，还可以模拟各种基本手术流程。此外，基于人机交互，能够实时记录学员的操作数据，并对学员操作水平进行动态、客观的评价。然而，虚拟仿真模具的力反馈等人机交互系统尚无法完全还原实际操作的感觉。研究[21]显示，相比于实体模具训练箱，虚拟仿真模具在培训效果上并没有明显优势，其昂贵的价格也限制了广泛应用。
1.2 腔镜外科技能培训和考核体系
国内的腔镜培训尚未形成统一的体系，目前仍由各医学院校或者医院因地制宜开展。例如，北京协和医院泌尿外科提出了基于SMART（specific，measurable， attainable，relevant，time-bound）原则建立的三阶段腔镜规范化培训模式[23]。该模式按阶段逐渐深入，首先是器具模拟训练，包括熟悉夹持、切割、缝合等操作。只有器具模拟训练合格后，学员才能进行动物离体手术训练，掌握手术方式的规范操作模式。在通过动物离体手术考核后，学员才能参与真实的人体手术培训。其他国内院校也提出了类似的三层次培训模式。例如安徽医科大学的外科基本操作训练、腔镜基本理论授课；腔镜模拟器训练、手术录像教学；腔镜手术中的扶镜及一助操作训练[24]。西安交通大学第一附属医院提出包括解剖影像基础、胸腔镜操作意识和临床实际操作的三层次培训模式[25]。这些培训体系强调层次递进的培训模式，但实际应用情况有所不同，目前多限于院校内部使用。
在北美地区，广泛应用的腔镜训练考核系统是美国胃肠内镜手术学会于2004年提出的腹腔镜手术基础操作（fundamentals of laparoscopic surgery，FLS），已得到美国外科医师学会认证[26-27]。FLS旨在为腔镜医师提供标准教材，并为理论知识与技能提供相应的评定标准[26]。其训练和考核项目包括传递、裁剪、圈套器结扎、缝合与体内外打结[28]。有研究[29]表明，FLS培训可以显著提升学员在实际手术中的操作水平。然而，成绩评定的主观性、反馈滞后以及较高的费用等因素限制了其推广应用[30]。因此，一些中心开始尝试构建自动化的FLS考核方式[31]，客观化和自动化考核是FLS未来发展的重要方向。
在欧洲地区，应用较广的是欧洲妇科腔镜协会和欧洲妇科腔镜培训学院在2004年联合开发的妇科内窥镜外科手术教育与评估系统（Gynecological Endoscopic Surgical Education and Assessment，GESEA）[32]。腔镜医师首先进行线上教程学习，随后在系统模型中进行训练及考核[33]。近年来，国内部分医院也在医师培训考核体系中引入GESEA，有些地区还开展了基于GESEA的腔镜外科技能比赛。例如上海交通大学附属仁济医院妇产科报道了GESEA对住院医师腔镜手术技能的提升作用[34]。然而，该项目的考核结果主要依赖于考官对GESEA标准与考核者表现的人工比对[28]，因此存在较强主观性。
总体而言，目前腔镜模拟培训主要侧重于理论课程学习和模拟训练，并且考核多依赖人工评分。由于缺乏统一的考核标准，主观评分难以准确体现腔镜模拟培训效果，未来重要的研究方向将是如何建立客观的考核标准。
1.3 腔镜外科技能考核标准
国内腔镜模拟培训技能考核标准多基于完成传递、裁剪、缝合、打结等操作所用时间和操作流畅度，在合格分数线设置方面尚无统一的标准，且流畅度主要依赖考官的主观评价[35-38]。相较之下，加拿大麦吉尔大学的Vassiliou等[39]提出的全球腔镜手术技术评估（Global Operative Assessment of Laparoscopic Skills， GOALS）在国外得到了广泛应用[40-42]。该评估方式基于5个领域评价医师的腔镜外科技能水平，包括深度知觉、双手灵巧度、效率、组织处理和自主性。考官通过肉眼观察打分，每一领域评分以1～5的整数表示，描述性的分界点为1、3、5分[40] （表1）。通过分析腔镜医师在各领域的考核平均分，可区分初学者与经验丰富者，同时GOALS评分也能很好地反映FLS训练成果[43]。然而，这种考核方法仍局限于考官对学员操作的肉眼观察和主观评价，一方面缺乏客观评价标准与手段，另一方面需耗费大量师资和人力。
表1
全球腔镜手术技术评估评分标准[40]
2 华西智能腔镜培训与考核系统的研发和应用
针对以上问题，四川大学华西医院刘伦旭、廖虎牵头研发了华西智能腔镜培训与考核系统[44]。通过图像识别、精细化感知等技术，涵盖了视野定位、抓持、传递、精细裁剪和缝合打结共5个腔镜基本操作模块，实现了智能化腔镜技能培训与考核。该系统利用智能算法，将难以量化考核的临床操作技能转化为可测量、可评估、可重复的客观考核指标。技能考核评分的过程实现全自动化，无需人工参与。该系统还能进行实时数据反馈：系统在学员训练过程中动态收集数据，并提供客观评分和个性化学习方案；同时，结合大数据处理、深度学习与长短期记忆网络技术，动态更新、贴近临床要求的考核标准，提升了评分标准的客观性。初步研究[45]表明，相较于传统的人工评估，该系统可以更好地区分腔镜技术水平。该系统使微创外科培训的评估手段和标准从主观走向客观，做到规范化、可量化，提升了可控性和工作效率，从而实现腔镜外科技能的标准化、自动化和智能化评估（图1，表2）。
图1
华西智能腔镜培训与考核系统设备
以华西智能腔镜培训与考核系统为契机，经四川省卫生健康委员会立项，四川大学华西医院组织实施了“四川省基层医院微创胸外科能力提升项目”，为达州、西昌、凉山州、甘孜州等地区的医疗技术、医疗硬件各方面提供帮助。项目已在24家县级建设医院开展试点，并完成了各建设医院智能腔镜培训与考核教具的配置和使用培训。通过短期专项培训、专家现场示教、手术指导、线上远程教育、远程会诊等方式，稳步提升建设医院的医疗水平。在项目的持续推动下，这24家建设医院已全面开展微创胸外科手术，部分医院已实现微创胸外科手术的自主开台，医院门诊量、手术量、微创率显著提升，部分医院已单独成立了胸外科。
3 讨论
目前国内部分医学院校和机构开展了腔镜培训和考核的探索，但系统化、标准化仍有欠缺。相较之下，FLS、GESEA腔镜培训系统和GOALS考核体系在北美、欧洲应用较广泛，但仍存在系统项目模块设置较单一、评价标准客观性不足等问题。
为提升腔镜培训与考核系统，可从以下几个方面切入：（1）制定统一的腔镜操作规范，为腔镜外科技能训练和考核提供明确指导，使训练、考核标准更加科学合理，符合临床需求；（2）统一培训考核项目与评分标准，以便高效地分析训练结果和制定下一步训练计划，促进培训与考核系统的推广；（3）加强考核评分客观性，利用智能算法消除人为主观判断对于学员评估的影响，从而对学员的培训成效进行准确评判；（4）缩短腔镜模拟培训和真实手术操作的差距。研究[46]表明，训练者在模拟训练得分与手术室中表现分数存在差异，如何缩小这一差距是未来研究的重点之一。
综上所述，腔镜模拟训练与考核系统的建设虽然取得了一些进展，但仍面临多方面挑战。通过制定规范、统一培训考核项目与标准、增强客观性以及缩短培训和真实操作的距离，可以进一步提升腔镜模拟训练与考核系统的价值，为培养高水平的腔镜医师打下更坚实的基础。
利益冲突：无。
作者贡献：刘伦旭主导研究实施，负责选题与设计；周健、廖虎和郑权参与文献收集和分析；全体作者参与文章撰写及审阅。
自20世纪80年代以来，腔镜手术的应用范围逐渐从诊断扩展到治疗，其适应病种也不断增多，已逐渐成为外科的常规术式[1-2]。根据美国一项全国手术病例数据库的研究[1]，2003—2018年普外科的6种常见术式中，腔镜微创手术占比均显著增加，其中胆囊切除术、阑尾切除术、Nissen胃底折叠术在2018年的腔镜手术占比均超过90%。一项在2016年开展的调查[3]显示，在国内开展胸外科手术的三级医院中，已有超过90%的医院开展了胸腔镜手术。腔镜外科手术是外科微创化的标志，小切口、微创化提升了患者的术后生活质量[4-7]。腔镜技能已成为所有外科医生都必须掌握的基本技能，而腔镜技能培训也是外科住院医师培训的重要组成部分。腔镜外科技能培训的重点在于提升医师的腔镜意识运动技能（laparoscopic psychomotor skills，LPS），即医师在处理人体组织时所需的意识动作协调一致的精细操作能力。有效而持续的重复训练对LPS的培养至关重要[8-9]。因此，开展腔镜外科技能培训具有重要意义。
传统的腔镜外科技能培训多采用“师徒传承”模式，在手术室内进行，学员通过反复观察老师的操作后进行自主实践[10-11]。学员需要观察学习和实际操作一定数量的手术后，才能达到熟练水平。例如，对于胸腔镜肺叶切除术，在完成25～50例手术后，学员才能达到相对稳定的操作水平[12]。对腹腔镜肝切除术学习曲线的研究[13-14]表明，术者在完成37～42例手术后学习曲线进入平稳期。在学习曲线的初期，学员难免会有较高的错误率[15]。然而，如今医师人数不断增加，年轻腔镜医生在手术室内的实践和练习机会有所减少。为保障患者安全，亟需一种手术室外的训练方式，即模拟训练。模拟训练为学员提供了在高效、安全的训练环境中进行手术室外腔镜技能训练的机会，有助于积累操作经验，缩短医师手术室内训练时间，避免学习曲线上的高错误率阶段出现[16]。
为确保医师腔镜训练的有效性，确保其培训成果能够提升腔镜手术技术水平[17]，有必要建立标准化的考核评估体系。这一体系主要包括“形成性评价”和“总结性评价”。前者作为训练过程中的考核，持续为训练者提供反馈；后者则是对学员训练成果的综合评估，用于确定整体训练的合格情况[4, 18]。通过不同阶段和不同维度的考核，能够客观反映腔镜训练效果，提升腔镜技能培训水平。
1 腔镜外科技能培训与考核研究现状
1.1 腔镜外科技能培训设备
目前常见的腔镜外科技能培训设备主要是腔镜模拟训练箱[19]，其类型可分为实体模具和虚拟仿真模具。实体模具通常采用硅胶材料或动物实体器官来模拟人体体腔结构，通过操作真实的腔镜手术器械进行抓持、传递、裁剪、缝合等训练[19-20]。这种方法有助于学员练习必备的腔镜手术基本技能，并提供了近似真实的腔镜器械操作体验。其设计简单易推广，但普遍缺乏对训练效果进行客观评价的标准。
虚拟仿真模具以虚拟现实和人机交互的形式实现训练目的[21-22]，可以在虚拟环境中进行精细解剖、组织切除等腔镜基本技能的训练，还可以模拟各种基本手术流程。此外，基于人机交互，能够实时记录学员的操作数据，并对学员操作水平进行动态、客观的评价。然而，虚拟仿真模具的力反馈等人机交互系统尚无法完全还原实际操作的感觉。研究[21]显示，相比于实体模具训练箱，虚拟仿真模具在培训效果上并没有明显优势，其昂贵的价格也限制了广泛应用。
1.2 腔镜外科技能培训和考核体系
国内的腔镜培训尚未形成统一的体系，目前仍由各医学院校或者医院因地制宜开展。例如，北京协和医院泌尿外科提出了基于SMART（specific，measurable， attainable，relevant，time-bound）原则建立的三阶段腔镜规范化培训模式[23]。该模式按阶段逐渐深入，首先是器具模拟训练，包括熟悉夹持、切割、缝合等操作。只有器具模拟训练合格后，学员才能进行动物离体手术训练，掌握手术方式的规范操作模式。在通过动物离体手术考核后，学员才能参与真实的人体手术培训。其他国内院校也提出了类似的三层次培训模式。例如安徽医科大学的外科基本操作训练、腔镜基本理论授课；腔镜模拟器训练、手术录像教学；腔镜手术中的扶镜及一助操作训练[24]。西安交通大学第一附属医院提出包括解剖影像基础、胸腔镜操作意识和临床实际操作的三层次培训模式[25]。这些培训体系强调层次递进的培训模式，但实际应用情况有所不同，目前多限于院校内部使用。
在北美地区，广泛应用的腔镜训练考核系统是美国胃肠内镜手术学会于2004年提出的腹腔镜手术基础操作（fundamentals of laparoscopic surgery，FLS），已得到美国外科医师学会认证[26-27]。FLS旨在为腔镜医师提供标准教材，并为理论知识与技能提供相应的评定标准[26]。其训练和考核项目包括传递、裁剪、圈套器结扎、缝合与体内外打结[28]。有研究[29]表明，FLS培训可以显著提升学员在实际手术中的操作水平。然而，成绩评定的主观性、反馈滞后以及较高的费用等因素限制了其推广应用[30]。因此，一些中心开始尝试构建自动化的FLS考核方式[31]，客观化和自动化考核是FLS未来发展的重要方向。
在欧洲地区，应用较广的是欧洲妇科腔镜协会和欧洲妇科腔镜培训学院在2004年联合开发的妇科内窥镜外科手术教育与评估系统（Gynecological Endoscopic Surgical Education and Assessment，GESEA）[32]。腔镜医师首先进行线上教程学习，随后在系统模型中进行训练及考核[33]。近年来，国内部分医院也在医师培训考核体系中引入GESEA，有些地区还开展了基于GESEA的腔镜外科技能比赛。例如上海交通大学附属仁济医院妇产科报道了GESEA对住院医师腔镜手术技能的提升作用[34]。然而，该项目的考核结果主要依赖于考官对GESEA标准与考核者表现的人工比对[28]，因此存在较强主观性。
总体而言，目前腔镜模拟培训主要侧重于理论课程学习和模拟训练，并且考核多依赖人工评分。由于缺乏统一的考核标准，主观评分难以准确体现腔镜模拟培训效果，未来重要的研究方向将是如何建立客观的考核标准。
1.3 腔镜外科技能考核标准
国内腔镜模拟培训技能考核标准多基于完成传递、裁剪、缝合、打结等操作所用时间和操作流畅度，在合格分数线设置方面尚无统一的标准，且流畅度主要依赖考官的主观评价[35-38]。相较之下，加拿大麦吉尔大学的Vassiliou等[39]提出的全球腔镜手术技术评估（Global Operative Assessment of Laparoscopic Skills， GOALS）在国外得到了广泛应用[40-42]。该评估方式基于5个领域评价医师的腔镜外科技能水平，包括深度知觉、双手灵巧度、效率、组织处理和自主性。考官通过肉眼观察打分，每一领域评分以1～5的整数表示，描述性的分界点为1、3、5分[40] （表1）。通过分析腔镜医师在各领域的考核平均分，可区分初学者与经验丰富者，同时GOALS评分也能很好地反映FLS训练成果[43]。然而，这种考核方法仍局限于考官对学员操作的肉眼观察和主观评价，一方面缺乏客观评价标准与手段，另一方面需耗费大量师资和人力。
表1
全球腔镜手术技术评估评分标准[40]
2 华西智能腔镜培训与考核系统的研发和应用
针对以上问题，四川大学华西医院刘伦旭、廖虎牵头研发了华西智能腔镜培训与考核系统[44]。通过图像识别、精细化感知等技术，涵盖了视野定位、抓持、传递、精细裁剪和缝合打结共5个腔镜基本操作模块，实现了智能化腔镜技能培训与考核。该系统利用智能算法，将难以量化考核的临床操作技能转化为可测量、可评估、可重复的客观考核指标。技能考核评分的过程实现全自动化，无需人工参与。该系统还能进行实时数据反馈：系统在学员训练过程中动态收集数据，并提供客观评分和个性化学习方案；同时，结合大数据处理、深度学习与长短期记忆网络技术，动态更新、贴近临床要求的考核标准，提升了评分标准的客观性。初步研究[45]表明，相较于传统的人工评估，该系统可以更好地区分腔镜技术水平。该系统使微创外科培训的评估手段和标准从主观走向客观，做到规范化、可量化，提升了可控性和工作效率，从而实现腔镜外科技能的标准化、自动化和智能化评估（图1，表2）。
图1
华西智能腔镜培训与考核系统设备
以华西智能腔镜培训与考核系统为契机，经四川省卫生健康委员会立项，四川大学华西医院组织实施了“四川省基层医院微创胸外科能力提升项目”，为达州、西昌、凉山州、甘孜州等地区的医疗技术、医疗硬件各方面提供帮助。项目已在24家县级建设医院开展试点，并完成了各建设医院智能腔镜培训与考核教具的配置和使用培训。通过短期专项培训、专家现场示教、手术指导、线上远程教育、远程会诊等方式，稳步提升建设医院的医疗水平。在项目的持续推动下，这24家建设医院已全面开展微创胸外科手术，部分医院已实现微创胸外科手术的自主开台，医院门诊量、手术量、微创率显著提升，部分医院已单独成立了胸外科。
3 讨论
目前国内部分医学院校和机构开展了腔镜培训和考核的探索，但系统化、标准化仍有欠缺。相较之下，FLS、GESEA腔镜培训系统和GOALS考核体系在北美、欧洲应用较广泛，但仍存在系统项目模块设置较单一、评价标准客观性不足等问题。
为提升腔镜培训与考核系统，可从以下几个方面切入：（1）制定统一的腔镜操作规范，为腔镜外科技能训练和考核提供明确指导，使训练、考核标准更加科学合理，符合临床需求；（2）统一培训考核项目与评分标准，以便高效地分析训练结果和制定下一步训练计划，促进培训与考核系统的推广；（3）加强考核评分客观性，利用智能算法消除人为主观判断对于学员评估的影响，从而对学员的培训成效进行准确评判；（4）缩短腔镜模拟培训和真实手术操作的差距。研究[46]表明，训练者在模拟训练得分与手术室中表现分数存在差异，如何缩小这一差距是未来研究的重点之一。
综上所述，腔镜模拟训练与考核系统的建设虽然取得了一些进展，但仍面临多方面挑战。通过制定规范、统一培训考核项目与标准、增强客观性以及缩短培训和真实操作的距离，可以进一步提升腔镜模拟训练与考核系统的价值，为培养高水平的腔镜医师打下更坚实的基础。
利益冲突：无。
作者贡献：刘伦旭主导研究实施，负责选题与设计；周健、廖虎和郑权参与文献收集和分析；全体作者参与文章撰写及审阅。
