階梯式培訓(xùn)在外科手術(shù)機(jī)器人教學(xué)中的應(yīng)用探究

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(武漢大學(xué)中南醫(yī)院，湖北 武漢 430071)

目前世界主流的外科手術(shù)機(jī)器人是達(dá)芬奇(da Vinci)系列。手術(shù)機(jī)器人的操作模式為“主—仆”式，操作模式和標(biāo)準(zhǔn)腹腔鏡不同，大部分的副損傷和手術(shù)并發(fā)癥發(fā)生在術(shù)者學(xué)習(xí)曲線的初段。隨著業(yè)務(wù)量的增加，手術(shù)并發(fā)癥也開始增加。患者的生命安全和手術(shù)者的職業(yè)安全凸顯了手術(shù)機(jī)器人培訓(xùn)工作的重要性[1-3]。美國醫(yī)師協(xié)會開始制定機(jī)器人培訓(xùn)標(biāo)準(zhǔn) (Fundamentals of Robotic Surgery,FRS)，以期用嚴(yán)格的考核制度，保證機(jī)器人手術(shù)的質(zhì)量。

至2016年11月，中國大陸共安裝了59臺達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人，共累計完成手術(shù)31863例，發(fā)表了94篇和“robotic surgery”相關(guān)的SCI文章(占5.57%)。但是，如果關(guān)鍵詞換成“robotic surgical training” (手術(shù)機(jī)器人培訓(xùn))，經(jīng)過閱讀和篩選，僅剩下3篇SCI，我國在手術(shù)機(jī)器人培訓(xùn)應(yīng)用研究領(lǐng)域仍有不足。國內(nèi)醫(yī)院對手術(shù)機(jī)器人的需求巨大，因此多家高校正在加緊研制國產(chǎn)手術(shù)機(jī)器人。由于知識產(chǎn)權(quán)限制，國產(chǎn)手術(shù)機(jī)器人的培訓(xùn)體系需要自主研發(fā)，不能照搬Intuitive公司的商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。和國外大型培訓(xùn)中心相比，采購多臺手術(shù)機(jī)器人進(jìn)行培訓(xùn)顯然不太現(xiàn)實(shí)。符合我國國情的手術(shù)機(jī)器人培訓(xùn)體系，應(yīng)充分利用大多數(shù)醫(yī)學(xué)院的現(xiàn)有裝備，經(jīng)過適當(dāng)采購和升級，即可實(shí)施。

基于此，本文對手術(shù)機(jī)器人中所需要掌握的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分解，設(shè)計了階梯式培訓(xùn)體系以符合學(xué)習(xí)規(guī)律。招募沒有外科經(jīng)驗(yàn)的規(guī)培學(xué)員進(jìn)行測試，以驗(yàn)證其培訓(xùn)效果。

一、材料和方法

1.一般資料。規(guī)培第一年和第二年的外科住院醫(yī)師50人，男性27人，女性23人，所招募的醫(yī)師均無機(jī)器人操作經(jīng)驗(yàn)。通過隨機(jī)數(shù)字表的方式分配到兩組中，每組25人。A組男14人，女11人；B組男13人，女12人。

2.方法。(1)研究設(shè)備：腹腔鏡模擬訓(xùn)練箱、Simbionix腹腔鏡虛擬模擬器、四目顯微操作訓(xùn)練臺和dV-Trainer手術(shù)機(jī)器人模擬器；(2)培訓(xùn)流程：A組在觀看完演示之后，進(jìn)行一次Match board 2的測試作為基線，然后進(jìn)行3個小時的Match board 2練習(xí)和5個小時的Thread the Rings 1兩個練習(xí)；B組經(jīng)過4小時理論學(xué)習(xí)，2小時腔鏡基礎(chǔ)訓(xùn)練，2小時腹腔鏡虛擬仿真訓(xùn)練，2小時顯微操作訓(xùn)練后，再在機(jī)器人模擬器上進(jìn)行3個小時的Match board 2練習(xí)和5個小時的Thread the Rings 1練習(xí)。理論學(xué)習(xí)由學(xué)生登錄美國Intuitive Surgica公司的網(wǎng)上學(xué)習(xí)平臺[4]和FRS學(xué)習(xí)平臺[5]進(jìn)行。由帶教老師準(zhǔn)備好機(jī)器人操作的標(biāo)準(zhǔn)教學(xué)錄像，供學(xué)員觀摩。腔鏡基礎(chǔ)訓(xùn)練在訓(xùn)練箱中進(jìn)行，包括夾豆、遞線和縫合訓(xùn)練腹腔鏡虛擬仿真訓(xùn)練在Simbionix訓(xùn)練器上進(jìn)行，包括釘轉(zhuǎn)移、遞線和縫合訓(xùn)練。顯微外科操作訓(xùn)練在四目顯微鏡下進(jìn)行，采用的是自制穿針模塊，環(huán)按照螺旋順時針向心排列。(3) 測試項目的選擇：選擇Match Board 2(MB)和Thread the Ring 1(TR)兩個練習(xí)進(jìn)行測試的原因如下：①M(fèi)B和TR兩個練習(xí)需要大范圍移動機(jī)器人手臂，而且兩個練習(xí)對器械受力和器械運(yùn)動的有效性比較敏感；②以前的研究證實(shí)，這兩個練習(xí)難度合適，對操作者的水平辨識度較高，而且具有較好的學(xué)習(xí)曲線[6]；兩個練習(xí)代表了不同難度。MB考察了雙手的協(xié)調(diào)和夾物的準(zhǔn)確，TR考察了縫合技巧，這都是機(jī)器人操作的核心技能。

3.數(shù)據(jù)收集。模擬器自帶的評估系統(tǒng)(M-score)根據(jù)從項目完成時間，器械運(yùn)動距離，器械碰撞次數(shù)，器械受力，器械超出視野時間，手臂運(yùn)動距離，目標(biāo)掉落次數(shù)七個方面給出分?jǐn)?shù)，然后統(tǒng)計總分(600分及格,1240滿分)。記錄學(xué)員首次進(jìn)行MB的分?jǐn)?shù)為基線值。完成培訓(xùn)后MB和TR項目的分?jǐn)?shù)作為最終成績，進(jìn)行組間比較。

4.數(shù)據(jù)分析。分析軟件為SPSS(Statistical Product and Service Solutions，Chicago,vision 20),組間比較統(tǒng)計方法為單因素方差分析(One way ANOVA)，P值設(shè)定為0.05。

二、結(jié) 果

兩組學(xué)員的初始水平相比，無統(tǒng)計學(xué)差異。但經(jīng)過培訓(xùn)后，使用階梯式培訓(xùn)模式的B組學(xué)員在MB和TR兩個練習(xí)上成績都明顯高于直接進(jìn)行模擬器培訓(xùn)的A組(P值分別為0.002及0.001)，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(見附表)。

附表 培訓(xùn)前后兩組操作評分

三、討 論

本文中的階梯式培訓(xùn)體系，將機(jī)器人手術(shù)所需要掌握的核心技巧進(jìn)行分解，列入了對應(yīng)的訓(xùn)練科目：(1)機(jī)器人的基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)：利用目前成熟的教學(xué)平臺，讓學(xué)生利用國外開源資源進(jìn)行學(xué)習(xí)，錄制了手術(shù)機(jī)器人的操作技巧視頻，供學(xué)生下載觀看。(2)腹腔鏡訓(xùn)練箱主要讓學(xué)生理解微創(chuàng)手術(shù)的基本原則：如器械在視野中的保持，避免視覺盲區(qū)，雙手的協(xié)同工作等。腹腔鏡仿真訓(xùn)練器的訓(xùn)練目的是讓學(xué)生熟悉虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，向高仿真模擬機(jī)進(jìn)行過渡。(3)顯微鏡下操作和手術(shù)機(jī)器人操作有很多共同點(diǎn)：坐姿，雙手協(xié)作，受限的三維立體視野，雙前臂支撐，手指操作，學(xué)習(xí)顯微技術(shù)可以明顯提高機(jī)器人操作技能[7]。在進(jìn)行模擬器操作前，制作了類似的操作模塊，讓學(xué)員在顯微鏡下進(jìn)行操作。其主要目的是訓(xùn)練學(xué)員的人體工學(xué)習(xí)慣，和對視野的控制以及三維立體視野下的操作技能。 基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的手術(shù)機(jī)器人模擬器，可以有效地提高操作技巧[8]，獲得的手術(shù)技能可以遷移到真實(shí)的手術(shù)中去[9-10]。并且通過自帶的評估系統(tǒng)，可以對操作質(zhì)量進(jìn)行量化評分，從而進(jìn)行針對性訓(xùn)練。

本研究采用了以下措施以提高機(jī)器人訓(xùn)練器的培訓(xùn)效能。

1．使用自動糾正系統(tǒng)提升培訓(xùn)效率。手術(shù)機(jī)器人操作的核心在于腳踏的使用，頻繁使用Clutch pedal(離合器)可以讓雙手始終位于舒適位置，得到托臺的牢固支撐，從而獲得更高的穩(wěn)定性和自由度，而新手常犯的錯誤是雙手懸空操作。在前期的工作中發(fā)現(xiàn)專家對這一技能的掌握要遠(yuǎn)超新手[11]。開發(fā)基于壓力傳感器的自動糾正系統(tǒng)，在雙手離開同托臺時，進(jìn)行語音提示糾正，形成條件反射，從而提高操作質(zhì)量[12]。這一措施對于養(yǎng)成正確的操作習(xí)慣作用明顯。

2．使用多通道錄制系統(tǒng)進(jìn)行錄像，自主學(xué)習(xí)。在前期研發(fā)了機(jī)器人操作多通道監(jiān)測系統(tǒng)，可以在一個屏幕中整合所有的操作細(xì)節(jié)，有效地提高培訓(xùn)效率[6]。錄制每個學(xué)員上機(jī)第一次操作和最后一次操作，和專家進(jìn)行的標(biāo)準(zhǔn)操作一起，由學(xué)員帶回，在兩次培訓(xùn)間進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，互相討論，取長補(bǔ)短。

新手學(xué)員直接進(jìn)行上機(jī)操作的培訓(xùn)效果并不理想。階梯式培訓(xùn)模式更符合學(xué)習(xí)規(guī)律，培訓(xùn)效果更佳。從培訓(xùn)時間上來看，A組比B組多了額外的10小時基礎(chǔ)訓(xùn)練時間：4小時理論學(xué)習(xí)，2小時腔鏡基礎(chǔ)訓(xùn)練，2小時腹腔鏡虛擬仿真訓(xùn)練，2小時顯微操作。但從實(shí)際操作來看，dV-trainer模擬器的數(shù)量有限，不能滿足多個學(xué)員同時培訓(xùn)的需要，采用輪換的方式，使輪空的學(xué)員在顯微器械和腹腔鏡訓(xùn)練箱進(jìn)行手術(shù)機(jī)器人的基本技能學(xué)習(xí)，讓學(xué)員在操作手術(shù)機(jī)器人或者模擬器前養(yǎng)成良好習(xí)慣，做好準(zhǔn)備，最大化的利用上機(jī)時間，從而提高學(xué)習(xí)效率。

采用階梯式培訓(xùn)的方式，低年資的住院醫(yī)師可以通過系統(tǒng)學(xué)習(xí)，在機(jī)器人模擬器上取得優(yōu)秀成績。階梯式培訓(xùn)中的許多環(huán)節(jié)，可以在目前大多數(shù)醫(yī)學(xué)院校進(jìn)行，然后赴有條件的培訓(xùn)中心完成更高級的訓(xùn)練。隨著理論研究的深入和虛擬技術(shù)的進(jìn)步，其他的培訓(xùn)設(shè)備和更高級別的訓(xùn)練，也應(yīng)充實(shí)進(jìn)培訓(xùn)體系中。一個符合國情的手術(shù)機(jī)器人培訓(xùn)體系的完善和建設(shè)，需要大家共同努力。