1. 引言
随着外科手术的发展，外科教学模式也在不断变化。几个世纪以来，师徒教育系统(看一次，做一次，教一次)一直没有得到适当的监督，直到威廉·斯图尔特·霍尔斯特德在约翰·霍普金斯大学引入了霍尔斯特德模式(外科住院医师项目) [1]。目前，随着技术的发展，现代外科模拟训练模式，即基于模拟的训练(SBT)，越来越多地出现。外科模拟训练使外科医生能够在模拟环境中获得临床经验或技能[2]。一致认为，外科SBT不仅增加了医学生的学习机会，而且缩短了培训时间和学习曲线。更重要的是，它有助于提高患者安全性和减少患者不适[3]。
在外科教育领域，模拟的类型随着时间和技术的进步而变化。传统类型，如台式模型、人体模型、活体动物或人体尸体，目前与现代类型结合或转变为现代类型，如人类表现模拟器、虚拟现实(VR)和三维(3D)打印[4]。以前，外科模拟训练包括非技术性技能(如心理社会表现)和技术性技能(如打结和缝合) [5]。需要结合多种模型和方法来培养能够独立进行手术的合格外科医生。从历史上看，外科模拟训练经历了两个主要阶段，从怀疑其用处到积极的改进[6] [7]。目前，美国医学教育认证委员会已批准并将SBT整合到外科课程中，更多的医疗机构准备将外科模拟训练整合到外科住院医师培训和医学课程中[7]。
据报道，医疗错误是美国第三大死亡原因，仅次于心脏病和癌症[8]。2022年，医疗错误导致美国年均损失约200亿美元[9]。外科模拟训练对于避免不必要的死亡和额外的治疗费用至关重要。不同阶段的医学生和外科医生也需要不同的培训计划。然而，受训者往往接受的是同质化而不是定制化的培训。此外，由于缺乏统一的评估标准，培训有效性难以评估。尤其是外科技术升级速度快，这导致人们越来越关注外科模拟训练的发展。本研究中，我们探讨全球外科模拟训练的情况，利用Vos viewer软件集中分析了该领域的发展情况，不同国家和地区的贡献，以及研究热点。
2. 材料与方法
2.1. 数据收集与提取
在Web of Science (核心合集数据库)中搜索了2000年至2024年的相关文章。我们使用以下主题词进行了搜索：外科、训练，机器人和模拟。在去除评论、会议报告和信件后，共检索到1562篇文章，还下载了完整记录，包括标题、作者、来源、地址、引用等。最终记录中期刊的影响因子(IF)通过Journal Citation Reports (Clarivate Analytics, 2024)手动处理获得。
2.2. 数据整理与分析
所有数据均使用Microsoft Excel 2022记录和处理。更多信息被手动识别和记录，包括每篇出版物的国家、洲、影响因子及状态。使用VOSviewer (版本1.6.18)进行分析。
3. 结果
Figure 1. Trends in literature in this field over the years
图1. 该领域文献随年变化趋势
本研究共纳入了1562篇文章。外科模拟训练领域的第一项研究可以追溯到1991年。随着外科手术的发展，出版物的数量总体上逐年增加(图1(A)，图1(B))。通过对这些文章的全面分析，我们观察到外科模拟训练的研究热点和技术趋势不仅反映了外科手术的不断进步，也表现出了各国在这一领域的科研活力。从最初的基本模拟器开发到如今结合先进的3D打印和虚拟现实(VR)技术，外科模拟训练正在经历一场革命性的演变。
具体而言，1990年代的研究主要集中在使用动物组织和基本材料(如猪皮和聚氨酯海绵)来模拟外科操作。这些早期的努力为后来的高仿真模拟工具奠定了基础。进入21世纪后，3D打印技术的兴起和普及显著提高了模拟器的拟真度和可操作性，使得外科医生能够在高度模拟的手术环境中进行培训。
此外，虚拟现实技术自1993年首次被引入外科训练领域以来，其应用范围和技术复杂度也在不断扩展。现代的VR模拟器不仅能够提供视觉和触觉反馈，还能实时记录和分析外科医生的操作过程，从而提供个性化的反馈和改进建议。这种全新的训练方式极大地提高了初学者的学习效率和操作技能，缩短了学习曲线。
值得注意的是，近年来机器人辅助手术(如达芬奇手术系统)的发展进一步推动了外科模拟训练的边界。机器人手术的复杂性和高精度要求使得基于虚拟现实和模拟器的训练成为必需。在本研究中纳入的文章显示，机器人手术的训练研究在过去五年中成为一个热点，强调了这一领域的快速增长和重要性。
总体看来，本研究纳入的1562篇文章不仅展示了外科模拟训练领域的历史发展轨迹，还反映了技术进步对这一领域的深远影响。从发展趋势来看，我们可以预见，未来外科模拟训练将更加依赖于先进技术的融合，为外科医生提供更为全面和高效的培训手段。
根据国家出版数量排名，美国(251篇)，英国(73篇)、意大利(48篇)，德国(42篇)、法国(41篇)、荷兰(37篇)、加拿大(251篇)、比利时(23篇)，奥地利(22篇)中国(21篇)发表论文数量最高(图2(A))。虽然中国在该领域发文量较低，但是中国作者发表的文章年限较近，说明近年来我国学者在该领域活跃度逐年提升(图2(B))。
Figure 2. Distribution of countries and regions with a high number of publications in this field
图2. 该领域发文量较高的国家和地区分布
机构分析结果提示，该领域发表论文数量最多的十个机构为如下：麦吉尔大学(78篇)、多伦多大学(62篇)、伊利诺伊大学(32篇)、卡尔加里大学(28篇)、哥本哈根大学(27篇)、约翰内斯·古滕贝格·美因茨大学(27篇)、上海交通大学(26篇)、阿卜杜勒阿齐兹国王大学(24篇)、伦敦国王学院(23篇)、伦敦大学帝国理工学院(23篇)。这些机构主要分布在北美，英国和我国。国内机构中上海交通大学在该领域研究成果最为丰富(图3)。
Figure 3. Distribution of institutions with a high number of publications in this field
图3. 该领域发文量较高的机构分布
Figure 4. Distribution of published sources with high volume of publications in this area
图4. 该领域发文量较高的出版来源分布
出版物分析结果提示，该领域发表论文数量最多的十个出版物为如下：JOURNAL OF SURGICAL EDUCATION (73篇)、SURGICAL ENDOSCOPY AND OTHER INTERVENTIONAL TECHNIQUES (73篇)、SURGICAL INNOVATION (24篇)、WORLD NEUROSURGERY (23篇)、AMERICAN JOURNAL OF SURGERY (22篇)、OPERATIVE NEUROSURGERY (21篇)、BMC MEDICAL EDUCATION (19篇)、INTERNATIONAL JOURNAL OF COMPUTER ASSISTED RADIOLOGY AND SURGERY (16篇)、JOURNAL OF ENDOUROLOGY (15篇)、INTERNATIONAL JOURNAL OF SURGERY (14篇) (图4)。
这些期刊涵盖了医学教育、计算机辅助放射学及手术、泌尿外科和整体外科的多领域交叉研究，展示了外科模拟训练在这些领域中的广泛应用和重要性。总的来说，以上分析表明，外科模拟训练研究的论文发表数量在几个特定的高影响力期刊中占据了重要位置。这不仅反映了该研究领域的蓬勃发展，也展示了各个子领域对于外科培训和教育的重视。这些结果可以帮助研究人员和临床医生定位最相关和最有影响力的专业资源，从而更好地指导他们的研究和实践。
通过关键词分析研究热点，前三大关键词是“simulation”、“robotic surgery”和“validation”，“performance”，“surgery”，“skills”，“training”，“education”，“learning curve”，“surgical education”(图5)，反映了该领域的主要研究热点。
Figure 5. Distribution of key keywords in this space
图5. 该领域主要关键词分布
关键词分析不仅揭示了当前外科模拟训练研究的主要热点和趋势，还反映了研究的多样性和深度。通过聚焦这些热点，未来的研究可以更好地指导外科培训的实践，提高培训的质量和效果，从而培育出更为高效和精确的外科医生。
4. 讨论
尽管模拟在所有领域都是提高技能和减少危险的重要手段，但在医疗保健中尤为重要。在过去的几十年里，外科模拟训练迅速发展。总体而言，技术和非技术技能是外科模拟训练的重要组成部分。自2000年以来，几项研究开创了外科模拟训练的两个分支。由于腹腔镜手术具有微创、住院时间短、术后疼痛少以及减少医疗资源浪费的优点，越来越多的腹腔镜手术得以实施[10] [11]。然而，腹腔镜技术的高技术门槛无疑增加了手术风险并延长了年轻外科医生的培训期[12]。因此学者提出了在进行实际腹腔镜手术前进行外科培训的必要性。 在本研究中，美国在世界范围内拥有大量的出版物，并与邻国密切合作[13]。在本研究中，大多数高质量的相关主题出版物来自美国，这表明外科模拟训练与学术影响力密切相关。
本研究共纳入了1562篇文章。外科模拟训练领域的第一项研究可以追溯到1991年。随着外科手术的发展，出版物的数量总体上逐年增加。通过对这些文章的全面分析，我们观察到外科模拟训练的研究热点和技术趋势不仅反映了外科手术的不断进步，也表现出了各国在这一领域的科研活力。从最初的基本模拟器开发到如今结合先进的3D打印和虚拟现实(VR)技术，外科模拟训练正在经历一场革命性的演变。具体而言，1990年代的研究主要集中在使用动物组织和基本材料(如猪皮和聚氨酯海绵)来模拟外科操作。这些早期的努力为后来的高仿真模拟工具奠定了基础。进入21世纪后，3D打印技术的兴起和普及显著提高了模拟器的拟真度和可操作性，使得外科医生能够在高度模拟的手术环境中进行培训。虚拟现实技术自1993年首次被引入外科训练领域以来，其应用范围和技术复杂度也在不断扩展。现代的VR模拟器不仅能够提供视觉和触觉反馈，还能实时记录和分析外科医生的操作过程，从而提供个性化的反馈和改进建议。这种全新的训练方式极大地提高了初学者的学习效率和操作技能，缩短了学习曲线。
在本研究中，我们还对近年来的关键词进行了聚类分析，包括3D打印和虚拟现实(VR) [14] [15]。随着培训系统的发展，一些传统仪器被设计并逐渐改进，帮助学员掌握基本技能。由Capperauld Ian博士在1991年创建的白皮书提供了一个使用猪皮和聚氨酯海绵构建的模拟器，供外科医生练习特定的外科手术程序，如切口和缝合。这个模拟器旨在帮助年轻外科医生摆脱工作场所的限制，在任何地方练习外科技能[16]。目前，有大量的模拟工具被开发出来供年轻外科医生练习，如猪、牛、泡沫、毛毡和硅胶模型[17]。3D打印是模拟工具领域的一项标志性技术，为该领域注入了活力[18]。与其他模型相比，3D打印模型具有易于保存、不易分解、质感好和成本适中等优点[19]。更重要的是，它可以生产出与人类非常相似的不同类型的器官和组织。例如，一个使用水凝胶设计的3D打印模型被用来模拟一个更真实的解剖环境[20]。
虚拟现实(VR)是外科模拟训练的另一项关键技术。它是指传感器与信号收集和处理系统的结合，允许用户进入一个3D环境并进行及时和不受限制的观察[21]。1993年首次报道虚拟现实外科模拟被引入以帮助医学生学习解剖。这一强大的教学工具促使研究人员探索虚拟现实在外科培训中的潜力[22]。现在，具有触觉和实时反馈优势的虚拟现实应运而生，也被称为增强现实[23]。事物都有两面性：单一方法也有其局限性。在我们的分析中，我们还使用不同技术识别了三个集群[24]。这意味着研究人员倾向于将两种或更多的技术整合到一个系统中，以建立一种更有效的方法。不同先进方法的结合可以弥补单一技术的缺点，如腹腔镜培训与3D打印或虚拟现实的结合[25]。经过严格的模拟器培训，学员可以在手术室中更好地进行腹腔镜操作[26]。这表明，多种先进模拟器的培训模型可以更有效地帮助年轻外科医生成为胜任的外科医生。
本研究还发现，机器人手术中的基于虚拟现实的训练(SBT)在最近5年中已成为一个热点[27]。以达芬奇和ZEUS为代表的机器人辅助手术的出现是外科模拟训练发展中的另一个重要事件。机器人手术的增长速度是普通外科腹腔镜手术的10~40倍[28]。特别是达芬奇手术近年来广泛应用于全世界。达芬奇手术具备灵巧的EndoWrist以及高倍放大的3D成像系统等优点。与腹腔镜胆囊切除术相比，机器人胆囊切除术住院时间更短。然而，机器人手术需要复杂的操作和更长的学习曲线[29]。在当前情况下，机器人手术的模拟训练对于提高外科医生的技能更快和保护患者安全是必不可少的[30]。达芬奇手术中的基于模拟的训练主要涉及泌尿外科、普通外科和妇科。我们坚信机器人手术将成为未来外科模拟训练的一个主要培训项目。
本研究有一些局限性。首先，本研究主要涉及描述性分析，仅检索并收集了一个文献数据库。这可能对我们的分析引入了出版偏倚。因此，应包括更多数据库中的出版物，例如Scopus。其次，我们使用了最新的影响因子版本，但一些期刊已经被移除或者停止更新。这可能对论文质量的评估产生影响。第三，从全球角度统计不同国家的出版物数量是基于通讯作者的所在地。这也导致了部分出版物的偏倚。
5. 结论
本研究结果提示，在外科模拟训练方面，美国是该领域的领先国家，我国虽然在该领域起步晚，近年来贡献量快速增加。集中于腹腔镜技能、3D打印和虚拟现实。机器人手术的模拟训练似乎是提高手术精确性和安全性的未来方向。
NOTES
*通讯作者。