可彎器械和直器械在單孔腹腔鏡操作中的對(duì)比研究

呂坤勇，王賢玲，朱勛，宋成利

1.上海理工大學(xué)醫(yī)療器械與食品學(xué)院(上海，200093)

2.上海理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院(上海，200093)

可彎器械和直器械在單孔腹腔鏡操作中的對(duì)比研究

呂坤勇1，王賢玲1，朱勛2，宋成利1

1.上海理工大學(xué)醫(yī)療器械與食品學(xué)院(上海，200093)

2.上海理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院(上海，200093)

目的對(duì)比可彎器械和直器械在三種不同難度單孔腹腔鏡操作任務(wù)中的表現(xiàn)。方法招募了12位無(wú)操作經(jīng)驗(yàn)者參與基于腹腔鏡手術(shù)訓(xùn)練器的操作任務(wù)，分別在三種操作環(huán)境(傳統(tǒng)入路和直器械，單孔入路和直器械，單孔入路和可彎器械)下完成轉(zhuǎn)移、穿線和縫合任務(wù)。結(jié)果訓(xùn)練后，參與者的操作技能顯著提高(P＜0.001)。在單孔轉(zhuǎn)移和穿線中，直器械完成任務(wù)所需時(shí)間顯著少于可彎器械(P＜0.001);在單孔縫合中，直器械比可彎器械稍具優(yōu)勢(shì)，差異不明顯(P=0.920)。結(jié)論可彎器械比直器械更適合用在復(fù)雜單孔操作中，而簡(jiǎn)單單孔操作中直器械更具優(yōu)勢(shì)?？蓮澠餍祻?fù)雜的結(jié)構(gòu)和控制方式是制約其在單孔技術(shù)應(yīng)用的主要因素。

單孔腹腔鏡;直器械;可彎器械;手術(shù)訓(xùn)練器

0 引言

單孔腹腔鏡手術(shù)是近年微創(chuàng)外科的研究熱點(diǎn)，與傳統(tǒng)腹腔鏡手術(shù)相比，具有美容效果好、術(shù)后疼痛更小、康復(fù)更快等優(yōu)點(diǎn)［1～3］。在單孔手術(shù)中，器械和腹腔鏡通過(guò)一個(gè)切口(通常在臍部)進(jìn)入腹腔內(nèi)部，常規(guī)的腹腔鏡手術(shù)器械是細(xì)長(zhǎng)的直桿件，由于各器械及腹腔鏡幾乎平行且距離很近，會(huì)造成器械之間、器械與腹腔鏡之間相互碰撞干涉，操作三角不足，這種手術(shù)入路方式給醫(yī)生帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)［4-5］。前端可以彎曲的器械［6］是解決這個(gè)問(wèn)題的方法之一，彎曲器械通過(guò)交叉操作可以形成有效的操作三角。然而關(guān)于這種器械的抱怨也常見(jiàn)諸于報(bào)道，如器械的剛度不足［7］，結(jié)構(gòu)/控制方式繁瑣［8］，學(xué)習(xí)曲線長(zhǎng)［9］等。直器械和可彎器械在單孔的應(yīng)用中遇到了不同的問(wèn)題。本文研究了可彎器械和直器械在不同難度單孔任務(wù)中的表現(xiàn)，分析影響單孔操作的因素，為器械發(fā)展及技術(shù)改進(jìn)提供參考。本研究將訓(xùn)練任務(wù)分為三個(gè)等級(jí)，包括轉(zhuǎn)移(初級(jí))、穿線(中級(jí))和縫合(高級(jí))。我們假設(shè):對(duì)于簡(jiǎn)單操作，直器械優(yōu)于可彎器械;對(duì)于復(fù)雜操作，可彎器械優(yōu)于直器械。

1 材料與方法

1.1 參與者

招募了來(lái)自上海理工大學(xué)的12名志愿者，9名研究生和3名本科生。他們之前沒(méi)有接受過(guò)任何手術(shù)技能培訓(xùn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

1.2.1 操作平臺(tái)

采用多功能腹腔鏡手術(shù)訓(xùn)練器(上海世德醫(yī)學(xué)科技有限公司產(chǎn)品)完成測(cè)試，該訓(xùn)練器集成了單孔入路和傳統(tǒng)入路(圖1)。對(duì)于單孔入路，放置單孔操作平臺(tái)TriPort(日本奧林巴斯產(chǎn)品)，器械通過(guò)TriPort上5 mm和12 mm的開(kāi)口進(jìn)入訓(xùn)練器內(nèi)部完成操作。傳統(tǒng)入路作為對(duì)照組，放置兩個(gè)12 mm的穿刺鞘，器械通過(guò)穿刺鞘進(jìn)入訓(xùn)練器內(nèi)部完成操作。訓(xùn)練器采用內(nèi)置攝像頭，可以調(diào)節(jié)角度及焦距，將訓(xùn)練箱內(nèi)的圖像傳輸?shù)斤@示器上。

1.2.2 操作器械

圖1 多功能腹腔鏡手術(shù)訓(xùn)練器Fig.1 M ulti-functional laparoscopic surgical simulator

實(shí)驗(yàn)中所用到的器械有4類，包括兩把5 mm標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度的抓鉗，兩把5 mm標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度的持針器，兩把5mm加長(zhǎng)的可彎抓鉗與一把可彎持針器(圖2)。除可彎持針器外，器械均來(lái)自上海世德醫(yī)學(xué)科技有限公司，可彎持針器AutonomyTMLapro-AngleTM來(lái)自美國(guó)Cambridge Endo公司?？蓮澴ャQ的前端可以最大彎曲40°并保持彎曲角度，器械前端無(wú)法繞軸線獨(dú)立旋轉(zhuǎn)?？蓮澇轴樒骺梢蕴峁?個(gè)活動(dòng)自由度，前端可以最大彎曲90°并鎖定，器械前端可以繞軸線無(wú)限制地獨(dú)立旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)器械開(kāi)口方向。

圖2 實(shí)驗(yàn)中所用到的器械Fig.2 Instruments in experiment

1.2.3 訓(xùn)練任務(wù)

在基礎(chǔ)腹腔鏡手術(shù)項(xiàng)目(Fundamentals of Laparoscopic Surgery，F(xiàn)LS)的基礎(chǔ)上修改而成。FLS項(xiàng)目的訓(xùn)練和評(píng)價(jià)方法廣泛應(yīng)用于腹腔鏡手術(shù)技能評(píng)估［10］。①轉(zhuǎn)移任務(wù):共4個(gè)橡膠環(huán)，要求操作者用器械從左邊柱子上抓起橡膠環(huán)，遞給另一把器械，然后放置在右邊柱子上。待4個(gè)橡膠環(huán)全部在右邊柱子時(shí)，再反過(guò)來(lái)操作一遍，完成轉(zhuǎn)移任務(wù)。②穿線任務(wù):要求操作者使用器械夾持一根繩從指定的4個(gè)柱子底端設(shè)置的小孔中穿過(guò)，最后拉緊繩子，完成穿線任務(wù)。③縫合任務(wù):要求操作者在一塊硅膠片上做一個(gè)從右至左的縫合，然后打結(jié)，完成縫合任務(wù)。在縫合任務(wù)中，還要求操作者嘗試完成一個(gè)從上往下的縫合任務(wù)，但不計(jì)入統(tǒng)計(jì)時(shí)間。轉(zhuǎn)移和穿線屬于簡(jiǎn)單操作，縫合屬于復(fù)雜操作，如圖3所示。

圖3 訓(xùn)練任務(wù)及分組方法Fig.3 Training tasks and group method

1.3 分組及方法

根據(jù)不同的手術(shù)入路和器械分為三組，如圖3所示。A組:傳統(tǒng)入路和直器械(參照組);B組:單孔入路和直器械;C組:單孔入路和可彎器械。每組操作方式所用到的器械組合參考圖2和圖3。測(cè)試前，向操作者介紹器械的使用方法以及任務(wù)的操作方法。操作者按照任務(wù)的難易程度，依次完成轉(zhuǎn)移、穿線、縫合任務(wù)。整個(gè)測(cè)試持續(xù)7 d。最后，操作者完成一份調(diào)查問(wèn)卷，對(duì)器械進(jìn)行主觀評(píng)分，分值范圍為1～5分，分值越高對(duì)器械越滿意。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS19.0軟件。所有的操作過(guò)程被錄像，計(jì)算每個(gè)任務(wù)的操作時(shí)間。使用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)的方法對(duì)比第一天和最后一天三個(gè)任務(wù)的平均總操作時(shí)間，用來(lái)評(píng)價(jià)訓(xùn)練效果。采用單因素方差分析最后一天不同組(A、B、C組)之間所需的平均時(shí)間以及器械的主觀得分，方差齊性時(shí)采用LSD法，方差不齊時(shí)采用dunnet T3法。P＜0.05具有顯著性差異。

2 結(jié)果

2.1 訓(xùn)練效果

圖4是每個(gè)任務(wù)完成的平均總操作時(shí)間隨訓(xùn)練時(shí)間的變化。雖然有波動(dòng)，但整體呈下降趨勢(shì)。利用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)的方法分析了第一天(訓(xùn)練初)和最后一天(訓(xùn)練后)的表現(xiàn)，結(jié)果如圖5所示。最后一天的平均總操作時(shí)間比第一天的平均總操作時(shí)間明顯減小(轉(zhuǎn)移，278±50 s vs.433±99 s，t= 6.263，P＜0.001;穿線，395±77 s vs.642±160 s，t=5.956，P＜0.001;縫合，414±136 s vs.720 ±211 s，t=4.441，P=0.001)。

圖4 平均總操作時(shí)間與訓(xùn)練天數(shù)的關(guān)系Fig.4 Relationship between average total operation time and training date

圖5 訓(xùn)練前后平均總操作時(shí)間對(duì)比Fig.5 Average total operation time(Day 1 vs.Day 7)

2.2 直器械與可彎器械客觀對(duì)比

對(duì)于轉(zhuǎn)移和穿線操作，直器械在傳統(tǒng)(A組)和單孔入路下(B組)的表現(xiàn)顯著優(yōu)于可彎器械在單孔入路下(C組)的表現(xiàn)，直器械在傳統(tǒng)(A組)和單孔入路下(B組)的表現(xiàn)無(wú)顯著差異。對(duì)于縫合操作，直器械在傳統(tǒng)入路下(A組)的表現(xiàn)顯著優(yōu)于直器械在單孔入路下(B組)與可彎器械在單孔入路下(C組)的表現(xiàn)，單孔入路下的直器械(B組)和可彎器械(C組)的表現(xiàn)無(wú)顯著差異(表1)。

表1 各操作方法所需時(shí)間(s)的比較(ˉx±S)Tab.1 Time comparison between operation methods(ˉx±S)

表2 器械主觀得分的比較(ˉx±S) Tab.2 comparison of objective score for instruments(ˉx±S)

2.3 直器械與可彎器械主觀對(duì)比

對(duì)于轉(zhuǎn)移和穿線操作，直器械在傳統(tǒng)入路下的得分最高，直器械在單孔下次之，可彎器械在單孔下最低，即A＞B＞C。直器械在傳統(tǒng)入路下(A組)的得分顯著高于可彎器械在單孔入路下(C組)的得分，其余之間沒(méi)有顯著性差異。對(duì)于縫合操作，直器械在傳統(tǒng)入路下的得分最高，可彎器械在單孔下次之，直器械在單孔下最低，即A＞C＞B。直器械在傳統(tǒng)入路下(A組)明顯高于單孔下的直器械(B組)和可彎器械(C組)。單孔入路下，可彎器械(C組)高于直器械(B組)，但不具顯著性(表2)。

3 討論

本研究發(fā)現(xiàn)了一些有趣的現(xiàn)象。首先，通過(guò)一段時(shí)間的訓(xùn)練，操作時(shí)間顯著下降，操作者的水平提高，說(shuō)明訓(xùn)練方法和操作設(shè)置是有效的。其次，我們的假設(shè)被部分驗(yàn)證。對(duì)于簡(jiǎn)單的單孔任務(wù)，直器械優(yōu)于可彎器械，差異顯著;然而，對(duì)于復(fù)雜單孔任務(wù)，可彎器械與直器械幾乎沒(méi)有差異(P= 0.920)。主觀評(píng)價(jià)顯示，操作者傾向于使用直器械完成簡(jiǎn)單單孔任務(wù)，但是傾向于可彎器械完成復(fù)雜單孔任務(wù)。對(duì)比傳統(tǒng)和單孔入路使用直器械的情況，簡(jiǎn)單任務(wù)并沒(méi)有顯著區(qū)別，但對(duì)于復(fù)雜任務(wù)，單孔入路的難度顯著增加。

傳統(tǒng)入路和直器械的組合(A組)是目前臨床上的標(biāo)準(zhǔn)操作。在單孔下使用直器械(B組)，通常是交叉操作，由于器械離得很近，器械碰撞增加，且操作三角缺失，操作難度會(huì)增大。在單孔下使用可彎器械(C組)，通過(guò)交叉操作的方式，容易形成操作三角，但由于交叉操作，器械的干涉不可避免，只是沒(méi)有直器械那么頻繁;另外可彎器械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制難度大，也會(huì)增加操作的難度。

①對(duì)于簡(jiǎn)單單孔操作(轉(zhuǎn)移和穿線)，操作者通?？梢允褂靡恢皇謥?lái)完成操作。雖然操作者起初不熟悉在單孔中交叉控制器械，當(dāng)操作者只關(guān)注其中一只器械時(shí)，手術(shù)入路影響并不大，而器械的控制難度是主要因素。因此，直器械在單孔(B組)和傳統(tǒng)入路下(A組)的表現(xiàn)沒(méi)有差異，可彎器械(C組)的表現(xiàn)不如直器械(B組)。

②對(duì)于復(fù)雜單孔操作(縫合)，兩把器械需要靠得很近，甚至需要交叉、旋繞才能完成。器械之間碰撞以及器械之間相互阻擋的頻率增加，操作三角的缺失是主要因素。為了解決單孔問(wèn)題，可彎器械有望改變這一狀況，然而實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻不能證明這一點(diǎn)，可彎器械(C組)和直器械(B組)表現(xiàn)幾乎一致。分析認(rèn)為，可彎器械的控制難度補(bǔ)償了它能提供有效操作三角的優(yōu)勢(shì)。

即使可彎器械在復(fù)雜單孔操作中的表現(xiàn)和直器械一致，操作者們主觀上傾向于使用可彎器械完成復(fù)雜單孔操作。在實(shí)驗(yàn)中，曾要求操作者在每次實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)嘗試完成一個(gè)從下往上的縫合。經(jīng)過(guò)訓(xùn)練，他們能使用可彎持針器完成這個(gè)操作，但是無(wú)法使用傳統(tǒng)持針器完成。該現(xiàn)象也說(shuō)明了可彎器械在單孔操作中確有其優(yōu)點(diǎn)，但其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和控制方法影響了它的表現(xiàn)。

4 結(jié)論

研究結(jié)果顯示，操作者的腹腔鏡操作水平在訓(xùn)練后顯著地得到了提高。可彎器械更適用于單孔入路的復(fù)雜操作，而直器械更適用于單孔入路的簡(jiǎn)單操作?？蓮澠餍祻?fù)雜的結(jié)構(gòu)和控制方式是制約其單孔手術(shù)中應(yīng)用的主要因素。新器械的開(kāi)發(fā)可從這方面入手，進(jìn)而推進(jìn)單孔技術(shù)的發(fā)展。

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上海市生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)2015年學(xué)術(shù)年會(huì)舉行

由上海市生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)主辦，上海市醫(yī)療器械檢測(cè)所承辦的上海市生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)2015年學(xué)術(shù)年會(huì)于2015年9月5日，在上海光大會(huì)展中心國(guó)際大酒店舉行。

本次年會(huì)旨在交流和研討生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的最新科技成果，增進(jìn)不同學(xué)科的交叉和融合，充分展現(xiàn)科技發(fā)展的創(chuàng)新思想和觀點(diǎn)，為上海建設(shè)具有全球影響力的科技創(chuàng)新中心作貢獻(xiàn)。

出席大會(huì)有上海市食品藥品監(jiān)督管理局局長(zhǎng)閻祖強(qiáng)，上海市科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)副主席王智勇，中國(guó)工程院院士王威琪，中國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)樊瑜波，中國(guó)醫(yī)療器械行業(yè)協(xié)會(huì)常務(wù)副會(huì)長(zhǎng)、國(guó)家醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟理事長(zhǎng)姜峰。上海市生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)的會(huì)員與科研院所、醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)界代表共750人。

上午大會(huì)由上海生物工程學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)馮曉源主持。上海市生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)徐學(xué)敏致辭，到會(huì)領(lǐng)導(dǎo)分別作了精彩的報(bào)告與致辭，為生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的發(fā)展指引了方向。大會(huì)主題報(bào)告有復(fù)旦大學(xué)腦科學(xué)研究院、神經(jīng)生物學(xué)研究所、中國(guó)科學(xué)院院士楊雄里作“大腦高級(jí)功能認(rèn)識(shí)上的鴻溝”報(bào)告，中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所教授張建國(guó)作“大數(shù)據(jù)為醫(yī)學(xué)影像帶來(lái)的機(jī)會(huì)和挑戰(zhàn)”報(bào)告，阿里巴巴(中國(guó))有限公司健康業(yè)務(wù)部副總裁倪劍文作“互聯(lián)網(wǎng)+醫(yī)療”，華東理工大學(xué)教授劉昌勝所作“活性骨組織修復(fù)材料的研究及其臨床應(yīng)用”報(bào)告。

下午分9個(gè)會(huì)場(chǎng)舉辦分論壇，它們是超聲醫(yī)學(xué)工程專業(yè)分論壇、生物力學(xué)專業(yè)分論壇、心臟起搏與電生理醫(yī)學(xué)工程專業(yè)分論壇、放射醫(yī)學(xué)工程專業(yè)分論壇、醫(yī)學(xué)信息工程專業(yè)分論壇、醫(yī)療器械法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)分論壇、婦產(chǎn)科醫(yī)學(xué)工程/新生兒醫(yī)學(xué)工程專業(yè)分論壇、假肢假體醫(yī)學(xué)工程/康復(fù)醫(yī)學(xué)工程專業(yè)分論壇、臨床醫(yī)學(xué)工程/體外循環(huán)/生物材料專業(yè)分論壇。參與本次學(xué)術(shù)年會(huì)交流有報(bào)告共79份，其中有生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域內(nèi)老一輩專家和骨干力量就生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)領(lǐng)域內(nèi)產(chǎn)學(xué)研醫(yī)政等多方位地交流了最新的研究成果與進(jìn)展，上午的報(bào)告高瞻遠(yuǎn)矚、深入聚焦，下午的分論壇討論熱烈，碩果累累。整個(gè)會(huì)議展現(xiàn)生物醫(yī)學(xué)工程相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)多項(xiàng)科研成果和研究進(jìn)展，探討了今后研究方向，表現(xiàn)出生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科和多學(xué)科融合交叉，齊頭并進(jìn)的局面。

(本刊訊)

Com parison of Steerable and Straight Instrument in Single-incision Laparoscopic Operation

LV Kunyong1，WANG Xianling1，ZHU Xun2，SONG Chengli1
1.School of Medical Instrument and Food Engineering，University of Shanghai for Science and Technology(Shanghai，200093)
2.School of Mechanical Engineering，University of Shanghai for Science and Technology(Shanghai，200093)

ObjectiveThe aim of this study is to compare the performance of three-level training tasks in single-incision laparoscopic operation(SILS)using either straight instrument or steerable instrument.MethodsTwelve participantswithout any experiences of laparoscopic skillswere recruited to perform three-level training tasks(basic level:peg transfer，medium level:threading，advanced level:suturing)in a surgical simulator with 3 different settings:laparoscopic(LAP)approach with straight instruments，SILS approach with straight instruments and SILS approach with steerable instruments.ResultsParticipants'laparoscopic skills were significantly enhanced(P＜0.001)after the experiment.For peg transfer and threading in SILS，performance time using straight instrumentswas significantly less than that using steerable instruments(P＜0.001);while for suturing in SILS，performance using straight instrumentswas slightly better than with that using steerable instruments (P=0.920).ConclusionsSteerable instruments aremore suitable for complex SILS operations while straight instruments aremore suitable for basic SILSoperations.Structure complexity and controlmethod of steerable instruments aremain limitations in impeding its application in SILS.

single-incision laparoscopic surgery，straight instrument，steerable instrument，surgical simulator

R615

A

1674-1242(2015)03-0132-05

10.3969/j.issn.1674-1242.2015.03.002

2015-04-04)

國(guó)家自然科學(xué)基金(51175345);上海市研究生創(chuàng)新基金(JWCXSL1301)

呂坤勇，博士研究生，研究方向?yàn)槲?chuàng)手術(shù)器械開(kāi)發(fā)，E-mail:kylv@usst.edu.cn

宋成利，教授，博士生導(dǎo)師，從事微創(chuàng)醫(yī)療器械研究，E-mail:csong@usst.edu.cn