近日，国家呼吸医学中心、中日友好医院呼吸与危重症医学科侯刚教授团队联合国内多家中心，在国际知名期刊Thorax发表题为Digital twin-based bronchoscopy simulator improves training performance and skill retention of novices: a randomised controlled study的原创研究。

该研究通过多中心随机对照设计证实：基于患者CT数据构建的数字孪生支气管镜模拟器，尤其在引入多解剖模型训练后，可显著提升初学者在陌生支气管树模型中的操作表现，并在3个月后仍保留部分学习收益，为呼吸介入模拟教学提供了新的高质量循证证据。

研究脉络：从技术原创到教学循证持续推进

长期以来，呼吸介入教学普遍面临教具体验度不足、仿真度不高、训练场景单一等问题，尤其难以真实模拟临床中常见的个体解剖差异。围绕这一教学痛点，侯刚教授团队自2020年起持续开展数字孪生高仿真支气管镜培训系统的研发工作，率先实现了基于患者胸部CT数据的高仿真气道重建与支气管镜模拟训练。相关系统已获2项发明专利、2项软件著作权，并完成科技成果转化；相关设备已在上海交通大学医学院附属瑞金医院、中国医科大学附属盛京医院等多家知名三甲医院投入教学应用。在国际舞台上，系统先后亮相迪拜、杜塞尔多夫医疗展，并在海德堡大学胸科医院展出应用。团队围绕该系统已开展教学研究5项，相关成果先后在2024年欧洲呼吸病学年会（ERS）及第四届数字孪生国际会议上做口头报告。

此次发表于Thorax的研究，进一步系统阐明了该系统的关键技术基础。研究显示，该数字孪生支气管镜模拟器以4万余例匿名胸部CT序列为数据基础，通过深度学习实现肺叶、支气管树和血管结构的精确分割与三维重建，并整合操作手柄传感、虚拟内镜显示和AI反馈模块，对诊断完整度（DC）、结构化进阶（SP）、操作时间（PT）等关键指标进行自动评估，从而构建起“高仿真场景+客观量化反馈”的新型支气管镜培训框架。

AI驱动的数字孪生支气管镜模拟训练平台

(a) 学习模式全景：展示学员在数字孪生支气管镜模拟器上启动AI辅助学习模式的真实培训场景。(b) 实时视野定位：系统界面实时解析并显示当前内镜画面对应的支气管解剖学名称（如LB1+2/LB3），辅助初学者快速建立空间认知。(c) 3D重建与物理仿真：系统包含高质量CT影像预处理、基于深度学习的支气管自动化分割与标注、3D网格拓扑重建、中心线精准提取。同时结合物理传感器数据与碰撞约束算法，复现真实气道内的镜下游走体验。(d) 实机操作演示：从真实病例CT导入到3D气道生成的全流程。

在英国胸科协会会刊Thorax发表随机对照研究：循证证据进一步确立

本研究是一项在三家医疗中心模拟环境中开展的前瞻性随机对照试验，共纳入60名既往无支气管镜及模拟内镜操作经验的医学生，按1:1:1随机分为三组：传统教学对照组、解剖一致性训练组和解剖多样性训练组。

-传统教学对照组：接受基于“四地标法”的经典教学方案；

-解剖一致性组：在单一标准支气管树模型上完成训练；

-解剖多样性组：在20个基于真实患者CT数据重建的差异化支气管树模型上开展训练。

受试者流程图

详细展示受试者在各个研究阶段（入组筛选、随机分配、干预随访及最终分析）的流转与分布情况。

所有模拟器训练组均在训练过程中获得AI生成的即时操作反馈，而在正式能力测试阶段及3个月后的技能保持阶段测试中（包括标准模型测试与全新CT来源模型测试），均不再提供反馈，以客观评估真实情境下的操作能力迁移与维持效果。

研究结果

即时训练效果：

在训练后标准模型测试中，解剖多样性组与解剖一致性组在DC、SP和PT方面差异均无统计学意义；但两组整体表现均显著优于传统教学对照组。提示模拟器训练本身已能明显改善初学者的基础操作能力。在更能反映真实临床解剖变化挑战的全新CT来源模型测试中，解剖多样性组表现出更明显优势：

-其DC中位数为17.5，高于解剖一致性组的15；

-SP中位数为17，高于后者的8，差异均具有统计学意义；

-两组PT差异则无统计学意义。

三组训练时长相近（中位数：解剖多样性组 55 分钟，解剖一致性组 60 分钟，对照组 60 分钟），表明多解剖训练未显著增加学习负担。

上述结果表明，多解剖场景训练更有助于形成可迁移、可适应的支气管镜操作能力，而不仅限于对单一标准模型的重复熟练。

3个月技能保持效果：

在3个月技能保持测试中，共55/60名受试者完成随访。解剖多样性组仍表现最优或并列最优：在标准模型测试中，其DC与解剖一致性组同为17，但SP达到15，明显高于后者的7和对照组的6；在全新CT来源模型测试中，其DC和SP分别为17和13，均高于解剖一致性组的14和4，以及对照组的6和3。

与此同时，接受模拟器训练的学员在学习动机、自我评价及继续使用系统的意愿方面也明显优于对照组，其中IMI总分中位数为30.5分（解剖多样性组）、28.5分（解剖一致性组），而对照组仅为12分。

国际学术反响：国际同行围绕培训效率与标准化评价展开深入讨论

论文发表后，Thorax期刊Rapid Responses栏目迅速引发国际同行关注。丹麦哥本哈根大学Copenhagen Academy for Medical Education and Simulation（CAMES）的Kristoffer Mazanti Cold博士在评论中对本研究给予积极评价，特别指出该研究沿用了其团队前期AI支气管镜培训研究所采用的核心结局指标和试验框架，包括DC、SP、PT、训练时长、AI开启训练/AI关闭测试设计以及学习动机量表等，认为这种在共同评价体系下开展的比较研究，有助于推动支气管镜模拟培训领域形成更可解释、可比较的循证证据。

与此同时，Cold也基于两项研究的横向比较提出了进一步思考：本研究在陌生模型上的DC和SP表现十分突出，但PT与其既往研究存在差异，这提示不同模拟平台在“训练效率”上的差别值得进一步探讨。而这种差异究竟更多源于模拟器本身的特点，还是更多受训练时长、学习投入程度以及是否采用掌握式学习等因素影响，仍需更高水平的比较研究加以回答。

针对上述问题，侯刚教授团队作出回复，对Cold等前期研究在AI反馈支气管镜培训领域的开创性价值给予充分肯定。团队指出，本研究并非意在替代既有的实体模型AI反馈训练，而是希望在数字孪生框架下探索“基于患者CT的多病例解剖变异训练”这一新的教学路径，重点考查受训者面对陌生支气管树模型时的迁移能力和适应能力。论文讨论部分亦明确指出，本研究通过复现Cold等早期研究的核心设计以确保方法学一致性，并提出未来应结合掌握式学习进一步优化训练课程。

侯刚教授团队同时强调，不同研究之间的绝对PT不宜被简单用于平台间优劣判断，因为模拟器模态、任务复杂度、交互界面与触觉反馈、PT起止定义，以及不同国家和地区学员教育背景等因素，均可能影响最终结果。为此，团队建议下一步开展国际多中心比较研究，在统一评价流程和操作时间定义的基础上，设置固定训练时长，或采用共享的掌握式学习达标标准，并按受训阶段和基线经验进行分层，从而更系统地评估不同培训平台与课程设计要素的真实效果。团队同时表示，正在持续评估模拟器训练收益向真实临床能力转化的程度，期待与国际同行共同推动呼吸介入模拟教学评价标准的进一步统一。

总结与展望

本项随机对照研究表明，相较于在单一标准模型上的重复训练，基于患者CT重建的数字孪生支气管镜模拟器，尤其在融入多解剖模型训练后，更能显著提升初学者的结构化操作能力、对陌生气道解剖的适应能力，以及中期技能保持水平。其意义不仅在于验证了一种新型教学装备的有效性，更提示支气管镜培训正从“标准模型重复训练”向“患者数据驱动的多样化场景训练”演进。

当然，研究亦指明了下一步努力方向：当前设备的可及性仍需进一步提升，训练收益能否真正转化为真实临床中的学习曲线缩短及患者获益，仍需在更长期、更贴近临床的研究中进一步验证；未来还需将掌握式学习与解剖多样性训练进一步结合，构建更加完善的结构化培训体系。

通讯作者

侯刚

中日友好医院呼吸与危重症医学科副主任，兼任教育部工程研究中心(呼吸与危重症诊疗技术与器械)副主任，中华医学会呼吸分会委员兼工作秘书，中华医学会呼吸分会介入呼吸病学学组副组长， 中国医师协会呼吸医师分会纵隔和胸膜疾病学组副组长。

第一作者

邓明明

主治医师，副研究员，中日友好医院呼吸与危重症医学科；从事介入呼吸病学的临床与转化研究，承担国家科技重大专项子课题、国自然等课题，入选北京市科协青年人才托举工程。

李发久

江汉大学附属医院呼吸与危重症医学科主任、硕士生导师；兼任中国医师协会呼吸医师分会委员、湖北省医师协会呼吸病医师分会常委、湖北省病理生理学会呼吸专业委员会基层呼吸联盟常委、武汉医学会胸部血管疾病分会常委、中国基层呼吸疾病防治联盟青年精英团成员、武汉市中青年医学骨干人才；获全国“中青年呼吸学者精英榜”。主要方向为：肺血管疾病的诊治，擅长各种肺血管疾病的血管介入治疗，如咯血，肺癌，肺血管畸形，肺动脉高压，急慢性肺栓塞，上腔静脉综合征的介入治疗。获得湖北省科技进步奖三等奖，参编著作4项、指南5部，发表SCI和中文核心论文多篇，主持及参与多项省自然基金及卫健委课题。

唐飞

副主任医师，安徽省胸科医院呼吸病管理中心副主任、内镜诊疗中心行政副主任（主持工作）；安徽省五一劳动奖章获得者；兼任中华医学会结核病分会呼吸内镜专委会委员、中国医师协会内镜医师分会呼吸内镜青委会常委、中国老年学会老年病学分会呼吸危重病专委会青委、中国医药教育协会肺结节多学科专委会委员、安徽省抗癌协会介入呼吸肿瘤学专业委员会副主任委员长、《新发传染病电子杂志》编委；专业方向：介入呼吸病学相关的基础和临床研究，擅长呼吸内镜下一至四级各类诊疗操作，尤其是恶性气道肿瘤、良性气道狭窄、气管支气管结核及气道瘘的处理。发表SCI及核心期刊文章二十余篇。主持安徽省卫健委课题1项，参与十三五重大科技专项及国家重点研发计划课题、国自然3项，GCP临床研究多项，主编科普书籍《镜情呼吸—呼吸内镜那些事儿》，参编参译专著4部。

陈巍

主任医师 医学博士；上海交通大学医学院附属瑞金医院呼吸与危重症医学科 科副主任、胸腔介入诊疗中心主任；曾任法国外籍住院医师及助理研究员、美国约翰霍普金斯医院呼吸介入诊疗中心访问学者；法语国家肺脏病学会（SPLF）会员、中国医师协会呼吸医师分会介入呼吸病学学组副组长、中华医学会呼吸病学分会介入呼吸病学学组委员、上海抗癌协会肿瘤呼吸内镜学分会副主任委员、上海医学会呼吸病学专科分会第十二届委员会介入学组副组长、中国医师协会内镜医师分会呼吸内镜青委委员、中国老年学和老年医学学会呼吸与危重症医学分会委员、中国老年学和老年医学学会精准医疗分会全国委员、中国医药教育协会肺部肿瘤专业委员会委员、上海中西医结合学会呼吸系统疾病专业委员会委员；曾获上海市科技进步奖二等奖，主持及参与国家科技部重点项目和国自然科研项目；以第一作者/通讯作者撰写并发表中英文论著三十余篇；擅长呼吸系统疾病及危重症的诊治以及呼吸内镜介入诊疗。

王峰

主任医师、副教授、硕士生导师；首都医科大学附属北京朝阳医院，北京市呼吸疾病研究所；呼吸医学中心常务副主任，呼吸与危重症医学科专培基地教学主任，内科教研室副主任；研究方向：介入呼吸病学；兼任：中华医学会呼吸病学分会青年委员会委员、中华医学会呼吸病学分会呼吸介入专委会委员、中国老年医学学会呼吸病学分会常务委员、北京医学会呼吸内镜和介入学分会副主任委员、北京医师协会呼吸内镜及介入专科医师分会常务理事、北京医学教育协会内科学分会常务理事、北京医学会呼吸病学分会委员。

唐纯丽

广州医科大学附属第一医院主任医师，硕士研究生导师；擅长经支气管镜取材及支气管镜下的良恶性狭窄处理、慢性气道疾病介入治疗等。学术任职：中国人体健康促进会呼吸介入专委会副主任委员、广东医师协会呼吸分会结核防治组副组长、中国医师协会呼吸医师分会气道狭窄治疗学组秘书、中国医师协会呼吸医师分会教育工作委员会委员、海峡两岸医学会呼吸内科ROSE专委会常务委员。

童润

中日友好医院呼吸与危重症医学科 主治医师/医学博士；主持国家自然科学基金青年科学基金项目1项、院校级课题3项；参与国家级等课题4项；参与科技成果转化1项，获得发明专利3项。

杨震

医学博士 副主任医师；中国人民解放军总医院呼吸与危重症医学部呼吸介入亚专科副主任；学术任职：中华医学会呼吸病学分会介入呼吸病学组委员、中国医师协会内镜医师分会委员、中国医师协会呼吸医师分会介入呼吸病学组委员、北京医学会呼吸内镜和介入学分会副主任委员、北京医学会内科学分会委员、北京医学会呼吸病学分会青年委员；发表SCI论文20余篇，获四大慢病重大专项课题等6项课题自助，获军队医疗成果一等奖、三等奖各1项。

特别感谢邓明明老师给《呼吸界》的投稿！

* 文章仅供医疗卫生相关从业者阅读参考

本文完

责编：Jerry