不同经验水平住培医师在3D腹腔镜模拟训练中的适应性与学习效率差异研究

Study on the differences in adaptability and learning efficiency of residents with different experience levels in 3D laparoscopic simulation training

摘要

目的 探讨不同经验水平的外科住培医师在3D腹腔镜模拟训练中的学习效率与适应性差异，为分层教学策略提供依据。 方法 选取2024年9月—2025年4月在西安交通大学第一附属医院培训的32名外科住培医师，根据是否接触过腹腔镜分为新手组（n=18）与进阶组（n=14）。两组统一进行4项3D腹腔镜模拟训练任务，每项重复训练3次，记录操作时间、主观评分及自评信心指数等指标，进一步分析各组学习效率与适应速度差异。 结果 两组学员在四项3D腹腔镜模拟训练中均表现出技能提升趋势。新手组初始操作时间更长［如套圈训练：（121.7±6.6） s vs. （107.9±7.3） s，P<0.001］，但提升幅度更大［（22.9±6.0） s vs. （13.8±5.8） s，P<0.001］，缝合打结任务的缩短幅度几乎为进阶组的两倍［（84.4±15.1） s vs.（49.1±17.3） s，P<0.001］。在主观GRS评分方面，进阶组首轮训练得分更高［如套圈训练：（13.4±1.0）分 vs. （11.8±1.0） 分，P<0.001］，但新手组的提升更明显［（3.4±1.0） 分 vs. （2.1±1.0） 分，P=0.001］。在穿针引线、夹球入柱和缝合打结任务中，新手组的评分提升幅度均高于进阶组（P<0.05）。此外，新手组在训练结束后的中位自信心评分更高（5.0 分vs. 4.5 分，P=0.014），而两组在总体满意度方面差异无统计学意义（P>0.05）。 结论 3D腹腔镜模拟训练对不同经验水平的住培医师均有良好教学效果，新手学员适应性更强，收益更显著。建议3D训练系统作为住培早期阶段的重点教学手段推广使用。

Abstract

Objective To explore the differences in learning efficiency and adaptability of surgical residents with different experience levels in 3D laparoscopic simulation training, and provide a basis for stratified teaching strategies. Methods A total of 32 surgical residents who were trained in our hospital from September 2024 to April 2025 were selected and divided into the novice group (n=18) and the advanced group (n=14) according to whether they had learned about laparoscopy. The two groups uniformly performed four 3D laparoscopic simulation training tasks, and each training was repeated 3 times. The operation time, subjective score, and self-assessed confidence index were recorded to further analyze the differences in learning efficiency and adaptation speed of each group. Results Both groups demonstrated progressive skill improvement across four 3D laparoscopic simulation tasks. The novice group had longer initial operation times [e.g., ring placement: (121.7±6.6) s vs. (107.9±7.3) s, P<0.001] but showed greater improvement [(22.9±6.0) s vs. (13.8±5.8) s, P<0.001]. In the suturing and knot-tying task, their reduction was nearly twice that of the advanced group [(84.4±15.1) s vs. (49.1±17.3) s, P<0.001). Regarding subjective GRS scores, the advanced group scored higher in the first trial [e.g., ring placement: (13.4±1.0) vs. (11.8±1.0), P<0.001], but the novice group achieved greater improvement [(3.4±1.0) vs. (2.1±1.0), P=0.001]. Similar advantages in score increments were observed for needle passing, ball placement, and suturing tasks (all P<0.05). Furthermore, the novice group reported higher median confidence after training (5.0 vs. 4.5, P=0.014), while overall satisfaction did not differ significantly between groups (P>0.05). Conclusion 3D laparoscopic simulation training has a good teaching effect on residents with different experience levels. Novice trainees have stronger adaptability and more significant benefits. It is recommended that the 3D training system be promoted as a key teaching method in the early stage of residency training.

Graphical abstract

关键词

3D腹腔镜 / 模拟训练 / 住培医师 / 学习效率 / 分层教学

Key words

3D laparoscopy / simulation training / residents / learning efficiency / stratified teaching

腹腔镜技术已成为现代外科医师的基本操作能力之一。与传统2D腹腔镜手术相比，日益发展的3D成像技术为学员提供了更优越的空间感知与操作视野，从而显著提升其手术表现^[1]。已有多项研究证实，3D系统可弥补2D系统在深度感知、空间判断等方面的不足，显著提升初学者操作表现^[2-5]。然而，当前研究多集中于2D与3D系统之间的比较，而对不同经验层次学员在3D训练中的适应过程、技能增长速度等关注不足。在我国住院医师规范化培训体系中，多数外科学员尚处于技能初学阶段，难以在术中获得操作机会^[6]。因此，模拟训练成为桥接理论与实践的关键路径。探索不同水平住培医师在3D模拟环境下的学习曲线，对优化培训资源配置、提升教学精准度具有重要意义。本研究通过设置4项具有代表性的3D腹腔镜操作任务，比较不同腹腔镜经验水平的住培医师在操作时间、技能评分及自评信心等方面的变化趋势，评估其对3D模拟训练的适应性与技能提升幅度，旨在为分层化腹腔镜教学策略的优化提供参考。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

选取2024年9月— 2025年4月在西安交通大学第一附属医院外科基地参加住院医师规范化培训的32名学员作为研究对象，均为首次接受系统腹腔镜技能训练者。其中包括来自本院的专硕研究生，以及在其他医院落实就业后进入我院接受规范化培训的住院医师（即“单位人”）。依据既往腹腔镜经历将其分为两组：新手组18人（培训前从未参与过任何腹腔镜手术或模拟训练），进阶组14人（既往观摩或作为助手参与腹腔镜手术，或曾接受一次性短期模拟训练但无系统训练经历）。

1.2 培训方法

1.2.1 理论授课阶段

在培训的初始阶段，全体学员统一接受1课时的腹腔镜基础理论教学，由具有丰富教学经验的外科主治医师进行授课。课程内容围绕微创外科理念展开，涵盖腹腔镜技术的发展历程、三维成像原理、常用腹腔镜手术器械的结构功能及其临床应用要点。授课同时结合真实腹腔镜手术录像，重点讲解常见术式（如胆囊切除、阑尾切除等）的标准操作流程、器械协作配合模式、手术适应证及并发症防控策略。该环节旨在帮助住培医师建立腹腔镜手术的认知框架和立体空间感，夯实理论基础，为后续模拟训练中的操作技能形成提供知识保障。

1.2.2 仪器使用与模拟平台熟悉阶段

在第2课时，学员在教学教员的带领下逐一熟悉腹腔镜模拟训练系统的构成与操作流程，重点掌握3D视觉系统与传统2D系统的差异，认识立体成像的视觉原理与操作体验的变化。培训内容包括模拟器的安装与启动、摄像系统的调整、显示终端的设定、镜头调焦及亮度调节方法等。此阶段同时进行腹腔镜手术常用器械（如分离钳、持针器、抓钳、电钩等）的操作演示与规范讲解，通过分组轮换试用、教师一对一指导的方式，使学员能在非真实环境中体验器械操作的“筷子效应”、“同轴运动限制”和“深度错觉”等典型挑战，初步建立镜下操作的动作感知与控制技巧。

1.2.3 模拟器模块化训练阶段

第3课时至第10课时为腹腔镜操作技能的实训阶段，采用任务导向、模块分解的教学策略，共设置4个具有代表性的训练模块，分别为套圈训练、穿针引线训练、夹球入柱训练与缝合打结训练，操作难度由浅入深，逐步提高。每项任务均要求学员独立完成3轮操作，间隔训练，以保证技能迁移与反复强化。在套圈训练中，学员需在3D镜像引导下使用分离钳将环形物精确套入细小柱体，训练其在深度感存在的条件下对空间位置的识别与操作路径控制；穿针引线模块主要培养双手协同能力和路径规划能力，要求学员模拟临床持钳穿针动作，稳定而精确地完成引线任务；夹球入柱训练聚焦于手指精细操作与稳定性训练，模拟术中组织精密抓取与转移过程；缝合打结训练则是对综合能力的考核，要求学员在仿真皮肤模型上进行间断缝合并完成5个腹腔镜外科结，强调操作流程、器械配合与打结技巧的准确性。每轮操作完成后由教师进行时间记录和标准化评分，并进行当场点评与指导，帮助学员纠正操作误区，促进学习曲线快速提升。

1.3 评价标准

本研究综合采用客观与主观相结合的多维度评价体系，以全面反映住培医师在3D腹腔镜模拟训练中的学习表现与适应能力。客观评价方面，所有操作任务均实时记录完成所需时间（单位：s），以评估操作效率和学习进步；主观评价采用改良版全球评价量表（global rating scale，GRS），从组织损伤、时间及动作、器械的操作和手术器械知识4个维度进行评分，每项满分5分，总分20分，由两位高年资胃肠外科医师独立评定后取平均值，保证评分客观一致^[6]。学习曲线通过比较学员每项任务第1次与第3次操作的时间与评分变化，评估技能提升幅度。此外，为反映培训效果的主观感受，在整个训练结束后，学员需完成一份包含操作信心与训练满意度的自评问卷。其中，操作信心自评采用Likert五级量表评分（1=完全无信心，2=比较无信心，3=中等信心，4=比较有信心，5=完全有信心）；训练满意度自评从教学方式、教学内容、训练设备、个人受益和整体满意度五个维度进行评分，每项满分20分，总分设为100分，≥80分为满意。

1.4 统计分析方法

采用SPSS 26.0统计软件进行数据分析。服从正态分布的计量资料采用（\overline{x}±s）进行统计描述，采用t 检验进行两组间比较；不服从正态分布的计量资料采用M（P₂₅，P₇₅）进行统计描述，采用Mann-Whitney U 检验进行两组间比较。计数资料采用n（%）进行统计描述，采用Fisher确切概率检验进行组间比较。采用重复测量的方差分析比较两组学员在三次训练中的操作时间和GRS评分的变化趋势，采用LSD-t检验进行重复测量方差分析事后的多重比较。采用双侧检验，以P<0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 两组学员一般情况比较

本研究共纳入新手组学员18名，进阶组学员14名。其中，新手组男性13名（72.2%）、女性5名（27.8%），平均年龄为（23.11±1.28）岁；进阶组男性11名（78.6%）、女性3名（21.4%），平均年龄为（23.64±1.01）岁。两组学员在性别构成、年龄、人员来源及视力异常情况方面差异均无统计学意义（P>0.05），如表1所示。

2.2 各训练项目操作时间及GRS评分比较

如图1所示，两组学员在所有四项训练项目中的操作时间均随训练次数增加而缩短，尽管进阶组的整体操作时间更短，但新手组的操作时间-训练次数曲线斜率更大。重复测量方差分析显示，训练次数主效应、组别主效应及其交互作用在所有项目中均具有统计学意义（P<0.05）。简单效应分析显示，组间差异主要体现在训练初期。在第一次训练时，新手组在各项任务中的操作时间均长于进阶组[如套圈训练：(121.7±6.6) s vs. (107.9±7.3) s，P<0.001]。随着训练次数增加，组间差距不断缩小，除套圈训练外，其他各项任务在第二次训练时的组间差异均无统计学意义[穿针引线：(108.8±8.1)s vs. (104.0±5.0)s，P=0.060；夹球入柱：(118.6±9.5)s vs.(114.6±6.2)s，P=0.194；缝合打结：(176.3±23.6)s vs.(162.5±10.9)s，P=0.052]。此外，新手组在所有任务中的操作时间下降幅度均大于进阶组（P<0.05），且该差异在缝合打结任务中尤为明显，新手组的平均时间下降幅度为（84.4±15.1）s，几乎为进阶组（49.1±17.3）s的两倍（P<0.001）。两组学员各训练项目操作时间比较的详细数据如表2所示。

GRS评分的重复测量方差分析显示，所有四项训练项目的训练次数主效应有统计学意义（P<0.001），表明两组学员的GRS评分均随训练次数增加而提高。训练次数与组别的交互作用在所有任务中同样有统计学意义（P<0.05），表明两组评分的变化趋势不同，新手组的GRS评分的增长曲线更为陡峭（如图1所示）。简单效应分析显示，进阶组在各项任务起始阶段的GRS评分高于新手组[如套圈训练(13.4±1.0)分 vs. (11.8±1.0), P<0.001]，但从第二次训练开始，两组在所有四项训练项目中的评分差异均无统计学意义[套圈训练：(13.9±0.7)分 vs.(14.6±1.2)分，P=0.053；穿针引线：(14.2±1.3)分 vs. (14.9±1.2)分，P=0.121；夹球入柱：(15.5±1.3)分 vs. (15.3±1.3)分，P=0.655；缝合打结：(14.6±1.3)分 vs. (14.8±1.2)分，P=0.601]。两组GRS评分提升幅度的比较表明，在四项训练项目中，新手组GRS评分的增长幅度均大于进阶组（P<0.05）。两组学员各训练项目GRS评分比较的详细数据如表3所示。

2.3 学员主观信心与满意度比较

如表4所示，训练结束后，新手组的操作信心评分为5.0（5.0, 5.0）分，高于进阶组的4.5（4.0, 5.0）分（Z=-2.463, P=0.014）。在培训满意度方面，新手组平均评分为（85.8±5.4）分，进阶组为（84.1±6.4）分，两组差异无统计学意义（t=0.820, P=0.418）。在主观满意率方面，新手组有16人（88.9%）表示满意，进阶组为11人（78.6%），两组差异亦无统计学意义（P=0.631）。

3 讨论

随着微创外科技术的广泛应用，腹腔镜手术已成为外科医师必须掌握的基本技能。与此同时，基于模拟器的腹腔镜技能训练应运而生，逐渐成为外科医师培训体系中不可或缺的一部分^[7-8]。既往研究显示，3D视觉系统可通过提供更准确的深度感知和立体空间定位能力，有效克服2D图像下常见的“深度判断误差”和“器械空间错位”等问题，使操作者在初始阶段即能建立起较为清晰的空间操作模型，从而提升任务完成质量和效率^[9-11]。此外，该系统不仅增强了操作者的视觉直观性与沉浸感，还可在非临床情境中支持高频、重复练习，从而降低学习早期的认知负荷、提高操作效率^[12-13]。

本研究结果表明，3D腹腔镜模拟训练可有效提升不同经验水平住培医师的操作能力。尽管如此，我们的结果也证实了既往经验的基础优势，即进阶组在各项任务的首次训练中均表现出更短的操作时间和更高的GRS评分，这凸显了基础腹腔镜技能的正向迁移效应，表明模拟训练前的经验是预测初始表现的关键因素。值得关注的是，尽管进阶组在训练初期表现优于新手组，但后者在整个训练周期中的提升幅度更大，学习曲线更陡，适应速度更快，显示出3D系统在建立空间认知与操作能力方面对零基础学员具有更明显的促进作用^[14-15]。该发现支持“低经验学员从3D系统中获益更大”的教学假设，提示在住培初期优先引入3D模拟训练，有助于弥补新手在空间感知方面的劣势，加速技能掌握与迁移。

在四项训练任务中，本研究结果揭示了一种与操作难度密切相关的动态学习模式。在难度最低的套圈训练中，尽管新手组的提升幅度更大[(22.9±6.0) s vs.(13.8±5.8)s，P<0.001]，但进阶组凭借其经验优势，操作时间始终更短。这表明，对于基础操作，既往经验带来的“起始优势”是决定性的，新手难以通过短期训练超越。然而，随着训练项目操作难度的提升，新手组学员在第二次训练中便追上了进阶组学员的操作速度。这可能提示，当任务复杂度超过一定阈值时，经验优势的壁垒被打破，学习效率而非初始水平，成为决定最终表现的关键因素。这一趋势在缝合打结这一高难度任务中达到顶峰，新手组的技能提升幅度近乎进阶组的两倍（84.4 s vs. 49.1 s, P<0.001）。

我们认为，这可能是因为高难度任务对于所有学员而言都构成了全新的挑战，一定程度上“重置”了起跑线。缝合打结作为腹腔镜训练中的高难度任务，对空间感知、操作精度及双手协同能力要求较高。新手组因缺乏腹腔镜经验，初始操作水平相对较低，但正处于技能的快速增益期，能够全心投入并吸收新技能；加之3D成像系统提供的立体视觉在空间定位、针线轨迹判断等方面具有优势，对技能基础薄弱的学员具有更直接的帮助作用，使其存在更大的提升空间，短期内即可建立基本的操作逻辑和空间认知。相比之下，进阶组虽在初始阶段表现更佳，但可能受固有的二维操作习惯干扰，其3D适配与技能转化过程反而需要更多的认知调整；同时由于其技能已趋于稳定，训练带来的短期改善相对有限，从而导致其学习效率的相对下降。

本研究还发现，3D腹腔镜模拟训练不仅提升了学员的操作技能，在心理层面亦增强了初学者对腹腔镜操作的接受度与信心，这一发现与先前的研究结果一致^[6,16]。训练结束后，新手组的操作信心评分显著高于进阶组，表明无经验学员在完成3D训练后对自身操作能力的认同感更强。这可能得益于3D成像系统增强的空间深度感和视觉引导性，有助于降低初学者在镜下操作中的紧张感与陌生感，从而提高其自我效能感与学习主动性。虽然两组在满意度评分与满意比例上的差异无统计学意义，但新手组整体评分略高，满意者比例亦更大，进一步支持3D模拟训练在低经验人群中的良好教学适配性。

住培阶段大多数学员在临床实践中难以获得手术操作机会，3D模拟训练系统可作为一种低风险、高重复性的技能训练平台，为学员在理论学习与临床实操之间提供了关键的过渡支持^[17]。通过高频次、结构化的训练任务，学员不仅能在客观操作上逐步提升技能，更能在主观体验上获得成就感与信心积累，为其后续参与真实手术操作奠定坚实基础。因此，3D模拟训练在初学阶段的引入，不仅具备技能教学功能，更在促进心理适应和临床过渡方面具有积极意义，值得在住培早期推广应用。笔者建议，在住培制度框架内，构建“分层分类、因材施教”的模拟教学模式。具体而言：对于经验尚浅的住培学员，应重点使用3D模拟系统进行早期技能培养，建立空间思维与基础操作能力；对于已具初步经验者，则可通过混合训练、任务挑战升级等方式提升其综合操作水平；同时，配合操作录像复盘、小组讨论及阶段性评估，强化训练反馈，提升教学效率。

当然，本研究也存在一定的局限性。首先，由于研究周期较短，训练次数有限，尚难以观察长期保留效果及对真实临床操作的转化能力；其次，样本量较小，仅覆盖本院部分住培学员，结论尚需通过多中心、大样本验证；最后，本研究采用评分量表与操作时间作为主要评价指标，尚未引入眼动追踪、生理监测等更精细的客观评估手段，未来可在技术条件许可下进一步完善评估体系。

4 结束语

综上所述，3D腹腔镜模拟训练是一种高效、安全、适应性强的外科技能培训手段，尤其对低经验水平的住培医师效果显著，具有良好的教学推广价值。在住培阶段系统引入该类训练模式，有助于缩短学习曲线，提升住培医师腹腔镜操作能力和临床准备度，是推动外科教育质量提升的重要途径。

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基金资助

陕西省重点研发计划(2023-YBSF-624)

陕西省重点研发计划(2023-YBSF-620)

西安交通大学第一附属医院院基金(2024-MS-12)