基于人因工程評(píng)價(jià)系統(tǒng)對(duì)經(jīng)臍入路腹腔鏡手術(shù)可轉(zhuǎn)向器械的評(píng)估①

陸佳軍，徐安安，黃 瑞，彭建佩，朱江帆

(1.嘉興市第一醫(yī)院，浙江 嘉興，314000；2.同濟(jì)大學(xué)附屬東方醫(yī)院)

基于人因工程評(píng)價(jià)系統(tǒng)對(duì)經(jīng)臍入路腹腔鏡手術(shù)可轉(zhuǎn)向器械的評(píng)估①

陸佳軍1，徐安安2，黃 瑞2，彭建佩2，朱江帆2

(1.嘉興市第一醫(yī)院，浙江 嘉興，314000；2.同濟(jì)大學(xué)附屬東方醫(yī)院)

目的：評(píng)估經(jīng)臍入路腹腔鏡手術(shù)(transumbilical endoscopic surgery, TUES)中的可轉(zhuǎn)向器械。方法：使用SILS Port、腹腔鏡模擬訓(xùn)練箱及壓力傳感系統(tǒng)建立基于人因工程評(píng)價(jià)系統(tǒng)的TUES測(cè)試平臺(tái)。分別在傳統(tǒng)直器械平行操作組(A組)、可轉(zhuǎn)向器械平行操作組(B組)及可轉(zhuǎn)向器械交叉操作組(C組)進(jìn)行穿孔與打結(jié)實(shí)驗(yàn)。每組分別完成穿孔與打結(jié)實(shí)驗(yàn)各10次。用壓力傳感系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，將采集所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較。結(jié)果：穿孔實(shí)驗(yàn)中，三組操作拇指掌側(cè)面總體壓力差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，且兩兩相比差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，A組壓力最大，B組次之，C組最??；三組操作環(huán)指掌側(cè)面總體壓力間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，但A組、B組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.218)。打結(jié)實(shí)驗(yàn)中，三組操作拇指掌側(cè)面、環(huán)指掌側(cè)面總體壓力差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；A組拇指與無(wú)名指掌側(cè)壓力最大，C組次之，B組最小。結(jié)論：與傳統(tǒng)直器械相比，TUES術(shù)中應(yīng)用可轉(zhuǎn)向器械可有效減少術(shù)者術(shù)中的疲勞程度、提高手術(shù)舒適度；進(jìn)行不同難易程度操作時(shí)，需要合理選擇不同可轉(zhuǎn)向器械操作方式，以達(dá)到省力的目的。

腹腔鏡檢查；經(jīng)臍入路；人因工程學(xué)；可轉(zhuǎn)向器械

經(jīng)臍入路腹腔鏡手術(shù)(transumbilical endoscopic surgery，TUES)是將光源與器械通過(guò)臍部單一狹小孔洞置入腹腔，操作時(shí)器械間近乎平行，因此器械間不可避免地會(huì)產(chǎn)生外部沖突、內(nèi)部沖突與三角關(guān)系缺失等難題[1]。要解決上述難題，需對(duì)器械進(jìn)行改進(jìn)?？赊D(zhuǎn)向器械的出現(xiàn)，在一定程度上解決了上述難題，但因操作方式不符合術(shù)者的常規(guī)思路，操作時(shí)具有一定難度，往往引起術(shù)者過(guò)早疲勞。人因工程即探索人的行為、能力、限度及其他特征的各種信息，并將它們應(yīng)用于工具、機(jī)器、工作、環(huán)境的設(shè)計(jì)中，使人們對(duì)它們的使用更具價(jià)值、安全、舒適度與高效性[2]，因此采用人因工程學(xué)的方法可為T(mén)UES器械設(shè)計(jì)與改進(jìn)提供必要的參考依據(jù)。本實(shí)驗(yàn)基于人因工程學(xué)，采用同一TUES操作平臺(tái)，分別測(cè)量穿孔與打結(jié)實(shí)驗(yàn)主操作手的拇指、環(huán)指掌側(cè)面壓力，將可轉(zhuǎn)向器械與傳統(tǒng)直器械進(jìn)行比較，并將可轉(zhuǎn)向器械平行操作與交叉操作進(jìn)行對(duì)比評(píng)估，為T(mén)UES操作器械改進(jìn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)操作平臺(tái)(圖1) 200型腹腔鏡模擬訓(xùn)練箱，訓(xùn)練箱面板模擬腹腔材料為三元乙酊海綿(上海瑞紅實(shí)驗(yàn)室設(shè)備有限公司產(chǎn)品)。模擬腹壁材料中置入TUES器械置入裝置SILS Port(美國(guó)Covidien公司)。操作器械包括傳統(tǒng)腹腔鏡直器械(杭州醫(yī)達(dá)公司)與腹腔鏡可轉(zhuǎn)向器械(SILS Kits，美國(guó)Covidien公司)。實(shí)驗(yàn)用線為1號(hào)(4 METRIC)愛(ài)惜康慕絲線(絲線編織非吸收性縫線，強(qiáng)生(中國(guó))醫(yī)療器械有限公司)。自制操作板，將大小、形狀相同的金屬環(huán)固定于操作板底部。于操作者主操作手拇指與環(huán)指掌側(cè)面各放置一個(gè)壓力傳感器(FSR Model 400，Interlink Electronics公司)，手指的壓力使壓力傳感器發(fā)生形變，傳感器將形變信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，由LabVIEW編程系統(tǒng)(美國(guó)NI公司)采集，并將采集得到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，導(dǎo)入EXCEL表格。

1.2 實(shí)驗(yàn)分組 A組：傳統(tǒng)腹腔鏡直器械平行操作；B組：可轉(zhuǎn)向器械平行操作；C組：可轉(zhuǎn)向器械交叉操作。每組分別完成穿孔實(shí)驗(yàn)與打結(jié)實(shí)驗(yàn)，每組操作10次，每次選擇的實(shí)驗(yàn)組分別由隨機(jī)數(shù)字表產(chǎn)生的對(duì)應(yīng)秩次1、2、3順序決定。

1.3 實(shí)驗(yàn)操作方法 操作均由同一操作者在同一腹腔鏡模擬訓(xùn)練箱的同一操作板上完成。操作者為具有豐富TUES手術(shù)經(jīng)驗(yàn)的主任醫(yī)師。(1)穿孔操作：主操作手與副操作手配合，使用兩只抓鉗將4號(hào)線從a、b、c環(huán)依次通過(guò)，記錄主操作手拇指與環(huán)指掌側(cè)面所用壓力(圖2)。(2)打結(jié)操作：主操作手與副操作手配合，使用兩只抓鉗將穿過(guò)d、e兩環(huán)的4號(hào)線打結(jié)，記錄主操作手拇指與環(huán)指掌側(cè)面所用壓力(圖3)。

圖1 TUES操作評(píng)估平臺(tái) 圖2 穿孔操作 圖3 打結(jié)操作

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件，操作組間壓力采用單因素方差分析，方差齊時(shí)采用LSD法，方差不齊時(shí)采用Dunnett’s T3法，P<0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 穿孔實(shí)驗(yàn) 拇指掌側(cè)面：三組操作拇指掌側(cè)面總體壓力差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，兩兩相比差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，其中C組、B組均小于A組；環(huán)指掌側(cè)面：三組操作環(huán)指掌側(cè)面總體壓力差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，A組、B組與C組間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，A、B兩組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.218)。見(jiàn)表1。

2.2 打結(jié)實(shí)驗(yàn) 三組操作拇指掌側(cè)面、環(huán)指掌側(cè)面總體壓力組間存有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)。B組拇指與無(wú)名指掌側(cè)壓力最小，C組次之，A組最大。見(jiàn)表2。

3 討 論

隨著微創(chuàng)外科技術(shù)的不斷發(fā)展，TUES成為研究的新熱點(diǎn)。朱江帆等[3]于2007年使用上消化道內(nèi)鏡完成首例經(jīng)臍入路內(nèi)鏡肝囊腫開(kāi)窗引流術(shù)，提出了TUES[4]，并在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上完成臨床TUES膽囊切除術(shù)[5]。TUES系經(jīng)臍這一胚胎時(shí)期“自然腔道”置入器械進(jìn)行手術(shù)。由于TUES僅有單一孔洞，因此在臍部狹小空間內(nèi)操作時(shí)出現(xiàn)的外部沖突、腹腔內(nèi)器械間距離較近引起的內(nèi)部沖突，以及置入腹腔器械間、器械與腹腔鏡間“三角關(guān)系”缺失是其操作的關(guān)鍵問(wèn)題。

組別壓力a(N)壓力b(N)A組7.38±3.733.10±0.57B組5.37±2.743.09±0.52C組4.34±2.472.95±0.70F值2917.597193.748P值0.0000.000

a：主操作手拇指掌側(cè)面壓力；b：主操作手環(huán)指掌側(cè)面壓力。Aa與Ba比較P<0.05；Aa與Ca比較P<0.05；Ba與Ca比較P<0.05；Ab與Bb比較P=0.218；Ab與Cb比較P<0.05；Bb與Cb比較P<0.05。

組別壓力a(N)壓力b(N)A組6.93±3.335.11±1.82B組4.48±1.993.06±0.67C組6.34±2.844.38±1.82F值1579.2684431.173P值0.0000.000

a：主操作手拇指掌側(cè)面壓力；b：主操作手環(huán)指掌側(cè)面壓力。Aa與Ba比較P<0.05；Aa與Ca比較P<0.05；Ba與Ca比較P<0.05；Ab與Bb比較P<0.05；Ab與Cb比較P<0.05；Bb與Cb比較P<0.05。

為解決TUES操作中器械間產(chǎn)生的上述問(wèn)題，器械的改進(jìn)起到了重要作用，且有必要對(duì)改進(jìn)的TUES器械建立人因工程學(xué)評(píng)價(jià)，為T(mén)UES器械改進(jìn)提供依據(jù)。人因工程學(xué)根據(jù)人體解剖學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)等特性，使工具、工作、環(huán)境等與人體相適應(yīng)，對(duì)作業(yè)系統(tǒng)與人因系統(tǒng)進(jìn)行有效的整合，最終使術(shù)者在操作時(shí)感到舒適。

TUES要求器械具有更多自由度，以增加其靈活性，現(xiàn)存的多自由度器械包括RealHandTM、AutonomyTMLapro-AngleTM、Dundee柔性關(guān)節(jié)器械、柳葉刀可轉(zhuǎn)腕微創(chuàng)手術(shù)器械、Covidien公司生產(chǎn)的可轉(zhuǎn)向器械等[6]。本實(shí)驗(yàn)中所使用的可轉(zhuǎn)向器械由Covidien公司生產(chǎn)，器械柄遠(yuǎn)端可行0～80°的旋轉(zhuǎn)，具有較高的自由度。本實(shí)驗(yàn)基于人因工程學(xué)，操作均在已熟練操作傳統(tǒng)腹腔鏡的前提下，我們通過(guò)力學(xué)測(cè)試平臺(tái)得到不同器械及不同操作方式所需要的主操作手拇指與環(huán)指掌側(cè)面壓力指標(biāo)，通過(guò)比較各組壓力，評(píng)價(jià)哪種器械及操作方式對(duì)操作者更具有價(jià)值、更舒適。

研究表明[7]，穿孔操作中三組操作主操作手間載荷差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而副操作手間無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。因此本實(shí)驗(yàn)僅分析主操作手用力情況，不再對(duì)副操作手進(jìn)行壓力測(cè)量，因操作者以右手為主操作手，左手為副操作手，因此壓力感受器放置于右手拇指與環(huán)指掌側(cè)面。穿孔實(shí)驗(yàn)中，三組操作拇指掌側(cè)面壓力兩兩差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，A組、B組間環(huán)指掌側(cè)面壓力差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，這與實(shí)際操作相符，拇指始終接觸壓力感受器起主導(dǎo)作用，而環(huán)指操作時(shí)起輔助作用，這從拇指掌側(cè)面壓力兩兩間存在明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)意義、環(huán)指掌側(cè)面并非兩兩間差異均存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義可以驗(yàn)證。A組主操作手拇指、環(huán)指掌側(cè)面所用壓力最大，B組次之，C組最小。可轉(zhuǎn)向器械相較傳統(tǒng)直器械可減少外部沖突、內(nèi)部沖突，且在一定程度上改善TUES缺失的三角關(guān)系?？赊D(zhuǎn)向器械平行操作通過(guò)器械柄遠(yuǎn)端可轉(zhuǎn)向裝置可解決內(nèi)部沖突，并改善缺失的三角關(guān)系，因此較傳統(tǒng)直器械更省力，但無(wú)法解決外部沖突。可轉(zhuǎn)向器械交叉操作在解決內(nèi)部沖突、改善缺失的三角關(guān)系的同時(shí)，交叉的近端可減少器械間的碰撞，從而解決外部沖突，與可轉(zhuǎn)向器械平行操作相比更有優(yōu)勢(shì)。打結(jié)實(shí)驗(yàn)中，主操作手拇指、環(huán)指掌側(cè)面拇指與環(huán)指掌側(cè)面所用壓力值從大到小排序一致，A組>C組>B組，且兩兩間差異存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。穿孔實(shí)驗(yàn)與打結(jié)實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論相同，可轉(zhuǎn)向器械相較傳統(tǒng)直器械可解決外部沖突、內(nèi)部沖突及三角關(guān)系缺失問(wèn)題。但打結(jié)實(shí)驗(yàn)中，B組相較C組所用壓力更小，與穿孔實(shí)驗(yàn)相反，可能因?yàn)榻徊娌僮飨鄬?duì)于平行操作不符合術(shù)者常規(guī)操作方式，且打結(jié)實(shí)驗(yàn)相對(duì)于穿孔實(shí)驗(yàn)難度高，術(shù)者在術(shù)中需要不斷調(diào)整器械操作角度，且轉(zhuǎn)向器械交叉操作本身在腹腔中操作難度很高，這些問(wèn)題都會(huì)引起轉(zhuǎn)向器械交叉操作時(shí)間延長(zhǎng)，術(shù)者更容易疲倦。

基于人因工程學(xué)我們發(fā)現(xiàn)，可轉(zhuǎn)向器械在一定程度上解決了傳統(tǒng)直器械在TUES中出現(xiàn)的外部沖突、內(nèi)部沖突及三角關(guān)系缺失問(wèn)題。根據(jù)難易程度、兩種實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)可轉(zhuǎn)向器械平行操作、交叉操作在不同操作中各有優(yōu)勢(shì)，簡(jiǎn)單操作中可轉(zhuǎn)向器械交叉操作相較平行操作更具優(yōu)勢(shì)，復(fù)雜操作中可轉(zhuǎn)向器械平行操作所需壓力卻較交叉操作更小。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與傳統(tǒng)直器械相比，基于人因工程學(xué)TUES可轉(zhuǎn)向器械能優(yōu)化手術(shù)操作，將手術(shù)與人因系統(tǒng)進(jìn)行有效整合，提高工作效率，并使術(shù)者感到舒適。根據(jù)操作難易程度，操作中需合理選擇不同操作方式，這需要術(shù)者熟練操作可轉(zhuǎn)向器械，才能在術(shù)中自由轉(zhuǎn)換操作方式。

總之，TUES可轉(zhuǎn)向器械可有效減少術(shù)者術(shù)中的疲勞程度、提高手術(shù)舒適度等，對(duì)可轉(zhuǎn)向器械的評(píng)估可為T(mén)UES操作器械改進(jìn)提供重要的理論依據(jù)。

[1] Zhu JF.Transumbilical endoscopic surgery:History,present situation and perspectives[J].World J Gastrointest Endosc,2011,3(6):107-109.

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[3] Zhu JF.Transumbilical endoscopic surgery:current status and controversies[J].BH Surg,2011,1(3):21-25.

[4] Zhu JF.Scarless endoscopic surgery:NOTES and TUES[J].Surg Endosc,2007,21(10):1898-1899.

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[6] 程小麗,宋成利.單孔腹腔鏡手術(shù)器械研究的最新進(jìn)展[J].中國(guó)組織工程研究與臨床康復(fù),2011,15(25):4669-4674.

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(英文編輯：黃 鑫)

Evaluation of articulated instruments for transumbilical laparoscopic surgery by using ergonomics evaluation system

LUJia-jun1,XUAn-an2,HUANGRui2,etal.

1.DepartmentofSurgicalOncology,theFirstHospitalofJiaxing,Jiaxing314000,China;2.EastHospital,TongjiUniversitySchoolofMedicine

Objective:To evaluate the articulated instruments for transumbilical laparoscopic surgery (TUES).Methods:A TUES measurement system,which was composed of a SILS Port,a laparoscopic training simulator and a pressure sensing system based on ergonomics,was set up to investigate the performance of two tasks (suture pass-through rings and knot-tying) in three groups:uncrossed manipulation with straight instruments (group A),uncrossed manipulation with articulated instruments (group B) and cross-handed manipulation with articulated instruments (group C).In each group,the corresponding instrument was used to complete the two tasks 10 times,and pressure sensing system was used to collect data for analysis and comparison.Results:In the suture pass-through rings task,the three groups demonstrated significant difference in the overall mean pressure of the palm side of the thumb (P<0.05).The pairwise comparisons also showed significant difference (P<0.05).Group A had the highest mean pressure,then was group B,group C had the lowest one.Besides,the three groups showed significant difference in the overall mean pressure of the palm side of the ring finger (P<0.05),the pairwise comparisons also showed significant difference except group A vs. group B (P=0.218).In the knot-tying task,the overall mean pressure of the palm side of the thumb and ring finger in the three groups was statistically different (P<0.05).Group A had the highest mean pressure,then was group C,group B had the lowest one.Conclusions:Compared with straight instruments,articulated instruments perform better in reducing the degree of fatigue and improving the degree of comfort.The choice of operating modes of articulated instruments should depend on the degree of operative difficulties in TUES.

Laparoscopy;Transumbilical approach;Ergonomics;Articulated instruments

1009-6612(2017)03-0197-04

10.13499/j.cnki.fqjwkzz.2017.03.197

陸佳軍(1990—)男，浙江省嘉興市第一醫(yī)院腫瘤外科住院醫(yī)師，主要從事普通外科的研究。

R656

A

2016-01-23)

①通訊作者：朱江帆，E-mail：zhujiangfan@hotmail.com