이 연구는 3D 프린팅 모델이 레지던트 교육 중에 외과 레지던트가 Nissen Fundoplication에 사용되는 고급 복강경 수술 기술을 습득하는 속도를 효과적으로 가속화하여 향후 대비를 강화하는 방법을 설명합니다.
방법 논문
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이 연구는 3D 프린팅 모델이 레지던트 교육 중에 외과 레지던트가 Nissen Fundoplication에 사용되는 고급 복강경 수술 기술을 습득하는 속도를 효과적으로 가속화하여 향후 대비를 강화하는 방법을 설명합니다.
복강경 Nissen fundoplication(LNF)은 상당한 초기 학습 곡선 합병증과 함께 수술 숙련도를 위한 광범위한 교육이 필요합니다. 3D 프린팅된 해부학적 모델을 활용하는 구조화된 교육 프로토콜이 설명되고 고급 복강경 기술 습득을 가속화하도록 설계되었습니다. 이 프로토콜에는 고급 봉합 기술과 관련된 중요한 구성 요소에 초점을 맞춘 LNF 관련 교육 커리큘럼에 통합된 모델의 생산 및 조립이 수반됩니다. 이 모델에는 해부학적으로 정확한 랜드마크가 포함되어 있으며 모두 특수 실리콘 재료를 사용하여 제작되었습니다. 교골 봉합, 메쉬 봉합 및 안저 성형 랩을 포함하여 LNF의 가장 까다로운 구성 요소를 마스터하는 데 초점을 맞춘 단계별 교육 커리큘럼이 제공됩니다. 파일럿 참가자의 대표적인 결과는 정량화 가능한 학습 곡선을 보여주며, 총 성과 점수는 6개 세션에 걸쳐 21분에서 42분으로 향상되고 절차 시간은 95분에서 34분으로 감소하여 전문가 벤치마크에 체계적으로 접근합니다. 이 훈련 패러다임의 전반적인 효능은 비교 연구에서 검증되었으며, 3D 프린팅 모델 훈련 그룹은 수술실에서 OSATS(Objective Structured Assessment of Technical Skills) 점수(26.25 ± 1.67 대 17.50 ± 2.07) 및 더 짧은 시술 시간(76.25 ± 2.49 대 110.13 ± 3.36분)을 입증하여 프로토콜이 임상 기술에 미치는 긍정적인 영향을 확인했습니다. 이 검증된 프로토콜은 점진적인 기술 개발을 측정하고 촉진할 수 있는 효과적인 LNF 교육 프로그램을 구현하기 위한 재현 가능한 방법을 제공합니다.
복강경 Nissen fundoplication(LNF)은 위식도 역류 질환(GERD)1에 대한 황금 표준 외과적 개입으로 부상하여 평생 의료 역류 방지 요법을 점점 더 대체하고 있습니다. LNF의 기술적 복잡성으로 인해 수술 숙련도를 달성하기 위해 최소 20개의 절차가 필요한 가파른 학습 곡선이 필요합니다2. 외과의의 초기 시술 동안 24%에서 55%에 이르는 합병증 발생률로 환자 결과3에 상당한 영향을 미칩니다 4,5,6, 특히 처음 5번의 수술 내에서. 후속 증거는 절차 15-25 4,6 동안 합병증이 약 10%로 감소했음을 보여줍니다. 초기 20건의 사례에서 보고된 가장 흔한 합병증은 주로 기술적 능력의 결함과 관련이 있습니다. 구체적으로, 식도의 후방 창 해부, 짧은 위혈관 분할 및 기저부 동원, 횡격막 중추 폐쇄 및 안저 성형술 봉합에 대한 도전 7,8. 이러한 단계를 마스터하면 합병증 발생률이 2%-10%로 감소하는 것과 관련이 있습니다3,8,9.
현재 외과 교육은 연수생이 학습 곡선을 빠르게 극복할 수 있도록 여러 시뮬레이션 교육 플랫폼을 제공합니다10. 그러나 고급 복강경 훈련을 위한 표준화된 커리큘럼은 아직 확립되지 않은 상태로 남아 있습니다 11,12,13,14. 레지던트 프로그램 수료로 인해 독립적인 고급 복강경 시술 실행에 대한 자신감이 부족하여 기술 숙련도 습득을 위한 펠로우십 추구가 필요한 경우가 많다는 증거가 있습니다15. 중요한 것은 레지던트 프로그램에서 복강경 수술의 기초(FLS) 구현이 확립되었음에도 불구하고 연구에서 레지던트의 시뮬레이션 기반 체내 봉합 숙련도와 수술실(OR) 성능 사이에 상당한 차이가 확인되었으며, 이는 FLS와 수술실 봉합 사이의 격차를 해소하기 위해 중간 교육 플랫폼이 필요하다는 것을 시사합니다16. 또한, FLS에 대한 숙련도를 달성한 후에는 FLS를 넘어 첨단 복강경 수술과 관련하여 졸업 전 외과 레지던트의 기술과 자신감을 향상시킬 필요성이 분명합니다.
이 문제를 해결하기 위해 기술 발전으로 잠재적인 교육 솔루션이 제시되었습니다. 가상 현실(VR)과 같은 건식 실험실 시뮬레이터는 LNF17의 특징인 상세한 해부학적 표현과 의도적인 연습 기회를 제공합니다. 그러나 VR 시뮬레이터 실험실을 구축하고 유지하는 데 드는 비용은 중요한 과제입니다18. 시체와 살아있는 동물 모델을 포함하는 전통적인 습식 실험실 시뮬레이터는 많은 절차에 대한 최적의 감독관이지만 해부학적 충실도, 윤리 및 건강 안전 프로토콜19에 한계가 있으며, 특히 비용, 물류 및 일정 문제와 함께 COVID-19 이후 상황과 관련이 있습니다10,20.
대안을 제시하기 위해 LNF 훈련을 위한 실제 CT 모델링 재구성 및 실리콘 재료 제작을 기반으로 3차원(3D) 프린팅 기술을 활용하여 상복부의 해부학적 모델을 개발했습니다. 이 모델은 복막층 및 짧은 위 혈관과 같은 주요 구성 요소를 여러 번의 연습 세션과 일반적으로 최대 8번의 시도가 포함된 개별 훈련 세션 후에 교체할 수 있어 높은 재사용성을 제공합니다. 비교 가능한 자체 제조 모델에 대한 검증 연구는 Wang et al.21 및 A.ghazi et al.22에 의해 문서화된 바와 같이 수술 기술 습득에 상당한 효능이 입증되었습니다.
이 3D 프린팅 모델은 지침 비디오 및 단계별 데모 비디오와 결합하여 임상 환경에서 초기 학습 곡선 문제를 잠재적으로 완화할 수 있습니다. 이 연구는 LNF 기술 습득을 위한 이 교육 패러다임의 효능과 구현을 입증하는 것을 목표로 했습니다.
이 연구는 절강성 인민병원 임상시험심사위원회의 승인을 받았으며 확립된 윤리지침에 따라 수행되었습니다. 모든 인간 참가자로부터 서면 동의서를 얻었습니다. 사용된 시약 및 장비는 재료표에 나열되어 있습니다.
1. 3D 프린팅 LNF 모델 준비
참고: 실리콘으로 개별 3D 프린팅 해부학적 모델을 제작하는 과정은 이전 보고서21에서 자세히 논의되었습니다.
2. LNF 모델 조립
3. 교육 커리큘럼
참고: 절차는 5가지 구성 요소 작업으로 나뉘며 각 작업의 중요성은 이전 연구21,23에 의해 전임상으로 결정됩니다. 다리 봉합 및 메쉬 봉합은 모델 자체의 한계와 함께 큰 열공 탈장 수리의 기초입니다.
4. 참가자 모집
5. 성과 평가
참고: 전문 외과의는 이전 연구23에서 채택 및 수정된 5개 구성 요소 절차별 점수를 기반으로 모든 교육 세션 비디오에 점수를 매겼으며 보충 파일 1에 포함되어 있습니다.
6. 데이터 분석
이러한 3D 프린팅 모델을 사용하면 식도 주위에 기저부 랩을 생성하고 실행하는 교골 봉합과 같은 이상적인 LNF에 중요한 필수 핵심 기술을 훈련하고 평가할 수 있습니다. 안저성형술의 길이와 조임 모두 원위 식도 괄약근 압력에 큰 영향을 미쳐 잠재적으로 수술 전 수준의 최대 3배까지 상승하여 삼킴곤란을 유발할 수 있다는 연구 결과가 입증되었기 때문에 이는 매우 중요합니다25. 입증된 바와 같이, 초기 교육 세션부터 최종 수술실 성과까지 레지던트의 성과 궤적은 상당한 개선을 보여주었습니다. 시술 시간은 전문가의 벤치마크인 34분에 근접했습니다. 이러한 기술 숙련도의 현저한 향상은 반복적인 교육 세션을 통해 관찰되었습니다.
3D 프린팅 모델은 안전하고 통제된 환경에서 절차별 고급 복강경 수술 기술을 연습할 수 있는 기회를 제공합니다26,27. 훈련 목적으로 이러한 모델을 사용하는 것은 지난 10년 동안 주목을 받았습니다. al. 의대생 교육을 위한 수술 기술 습득을 유지하기 위한 적절한 현실감, 비용 효율성, 지속 가능성 및 역량 입증11. 여러 연구에서 시뮬레이션 프로그램, 타당성 연구 및 참가자의 피드백을 통해 이러한 모델의 충실도의 현실성과 적용이 확인되었습니다 21,22,28.
교육 세션을 분석한 결과 특히 초기 교육 세션인 교육 1 <및 2 동안 높은 표준 편차가 나타났으며, 이는 평가된 지표 전반에 걸쳐 성능 불일치를 나타냅니다. 이러한 가변성은 교구 봉합 점수 및 메쉬 고정 점수와 같은 체내 봉합과 관련된 일부 작업이 안저 성형술 및 검사 점수에 비해 낮았기 때문에 모델 설계 최적화의 중요성을 강조합니다. 이러한 차이는 한 절차 내에서 특정 기술에 대한 복잡성과 학습 요구 사항이 증가한 것을 반영합니다. 이전 연구는 이러한 관계를 확증하고 작업별 지표를 사용하여 서로 다른 외과 의사 수준을 구별할 수 있음을 보여주는 증거를 제공합니다. Xia et al. 전문가, 중급 및 초보 외과의를 구별하는 데 도움이 되는 기술력에 대한 수정된 문합 객관적인 구조화 평가를 사용하여 복강경 체내 장 문합을 시뮬레이션하기 위해 3D 프린팅 모델을 활용하여 이러한 구별을 보여주었습니다29.
특히 체내 봉합으로 인한 기술적 조작에서 성능 변동성은 절차적 문제 해결의 필요성을 강조합니다. 어려움을 겪고 있는 훈련생의 경우 전문 감독관이 특정 약점에 대한 추가 목표 훈련을 보장할 수 있으며, 이는 단순한 반복보다 더 효과적입니다. 모델의 설계는 동물 조직의 부서지기 쉬움으로 인해 보관 문제나 재사용성을 제시하는 동물 장기 및 생체 조직과 달리 재사용이 쉽고 반복 가능한 운동이 가능하여 비용 효율성이 떨어집니다. 3D 모델의 경우 짧은 위 혈관이 있는 중막과 대망 위의 복막층도 여러 번의 연습 후에 교체해야 하는 유일한 것입니다. 또한 현재 사용되는 소재가 실리콘이기 때문에 저비용 생산이 유지되어30이 저렴합니다. 모델의 재사용성을 해결하려면 내구성을 고려해야 합니다. 공식적인 기계적 테스트는 이 연구 프로토콜의 일부가 아니었지만 반복적인 교육 세션 동안 비공식적인 경험을 바탕으로 몇 가지 관찰을 했습니다. 우리는 내구성이 참가자의 기술에 크게 좌우된다는 점에 주목했습니다. 교구 수리의 경우 바늘 관통으로 인한 누적 손상으로 인해 교체가 필요하기 전에 단일 모델은 일반적으로 약 10개의 봉합사 배치를 수용할 수 있습니다. 안저성형술 훈련의 경우 제한 요인은 봉합사 장력으로 인한 기계적 응력인 것으로 나타났습니다. 이 모델은 일반적으로 구조적 손상의 징후를 보이기 전에 6-8번의 강한 당기는 힘을 견뎌냈습니다. 이 관찰을 바탕으로 과도한 당김은 조기 모델 실패를 유발할 수 있고 적절한 수술 기술을 반영하지 못하므로 훈련생에게 적당하고 제어된 장력을 적용하도록 지시해야 합니다. 하이드로겔 폴리머와 같은 첨단 소재를 사용하여 현실감을 더욱 높이고 관류 능력과 소작술과 같은 고급 복강경 기술을 가능하게 하는 추가 연구가 있습니다24,31. 그럼에도 불구하고 교육당 유지 관리 비용이 저렴하고 휴대성이 뛰어나며 보존이 용이하여 모든 교육 센터, 학교 및 병원에 쉽게 접근할 수 있습니다.
이 연구의 가장 중요한 검증은 3D 프린팅 모델 훈련이 시뮬레이션 기반 훈련과 실제 운영 성능 간의 격차를 해소하는 데 탁월한 잠재력을 제공한다는 것을 시사합니다. 이전 연구에서는 사용을 장려할 뿐만 아니라 실제 실제 수술 및 환자 결과에 대한 적용에 대한 훌륭한 통찰력을 제공하기 때문에 전이 가능성을 보여줄 필요성을 언급했습니다32. 고급 봉합 훈련에서 3D 프린팅 모델을 활용하는 데 내재된 탐색적 특성을 인정하는 것이 필수적입니다. 통계적으로 유의미한 결과는 고무적이지만 신중한 해석이 필요하므로 통계적으로 보다 확실한 결론을 내리려면 더 큰 코호트를 대상으로 추가 검증이 필요합니다.
이러한 모델에 대한 가능한 제한 사항에는 동물 조직만큼 사실적인 디자인이 포함됩니다. 대망, 흉부 근막, 복강 근막, 중식도 및 미주 신경과 같이 수술에서 발생할 수 있는 복잡한 해부학적 특징은 포함되지 않았습니다. 그러나 교육의 엄격함과 적용 가능성을 높이기 위해 의도적으로 특정 설계 선택이 이루어졌습니다. 커리큘럼은 이러한 복잡한 기술을 익히면 레지던트가 모든 유형의 탈장을 처리하는 데 필요한 기술을 제공하기 때문에 메쉬가 필요한 열공 탈장 수리에 중점을 둡니다. 또한, 의도적으로 제한된 작업 공간은 훈련생이 공간적으로 가장 어려운 복부에 대비하여 강력하고 적응력이 뛰어나도록 보장합니다. 제기된 또 다른 질문은 복강경 사례의 수나 교육의 질이 레지던트를 더 좋게 만들었는지였습니다. 전통적으로 레지던트가 훈련에서 더 많은 복강경 사례를 수행할수록 기술이 향상됩니다. 그러나 분명한 바와 같이 기술 실험실에서 보내는 기간은 마찬가지로 매우 중요하며, 특히 고급 복강경 시술에 대한 초기 노출이 제한된 레지던트와 관련이 있습니다33.
향후 연구는 또한 공식적인 비용 효율성 분석에 초점을 맞춰 이 교육 프로그램의 비용을 더 긴 수술실 시간의 재정적 영향과 비교하고 수술 후 합병증을 관리해야 합니다. 또한 궁극적인 목표는 이 3D 모델에 대한 숙련도가 환자 결과 개선으로 직접적으로 이어진다는 것을 검증하는 것이며, 이를 위해서는 훈련된 레지던트 환자의 수술 시간, 합병증 발생률 및 탈장 재발과 같은 지표를 추적하는 장기 연구가 필요합니다. 향후 작업에는 내구성 주장에 대한 정량적 데이터를 제공하기 위해 표준화된 재료 피로 분석이 포함될 수 있습니다.
요약하면, 3D 프린팅 모델은 보다 신속한 방식으로 학습 곡선에 도달하는 데 도움이 되는 뚜렷한 효과가 있는 비용 효율적이고 사용자 정의 가능하며 효율적인 도구를 나타냅니다. 임상 수술 교육 및 환자 결과에 영향을 미칩니다.
저자는 이해 상충이 없음을 선언합니다. 이 기사에는 동물에 대한 연구가 포함되어 있지 않습니다. 이 작업은 저장성 과학기술부 과학기술협력 프로젝트(2024C04027)와 신장 위구르 자치구 핵심 R&D 과제 특별 프로젝트(프로젝트 번호 2023B03010-1)의 지원을 받았습니다.
저자는 이 연구 프로젝트를 수행할 수 있는 기회에 대해 절강성 인민병원 탈장외과의 지원에 감사드립니다.
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