手術(shù)機(jī)器人規(guī)范化培訓(xùn)系統(tǒng)的構(gòu)建

王小芹 楊 琨 黎 勤 鄭 航

經(jīng)驗(yàn)不足的主刀醫(yī)師會(huì)給患者造成難以彌補(bǔ)的損傷?！坝肋h(yuǎn)不在患者身上做第一臺(tái)手術(shù)”是外科技能培訓(xùn)的原則，外科技能培訓(xùn)一直是世界各國(guó)醫(yī)學(xué)教育的重中之重。近年來，隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，外科技能培訓(xùn)的手段也由經(jīng)典的模型-動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，進(jìn)入到更高效的高仿真模擬-動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ健?/p>

目前，以達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)為代表的外科微創(chuàng)手術(shù)技術(shù)廣泛應(yīng)用到泌外、普外、婦科、耳鼻喉和乳腺外科等諸多領(lǐng)域。其全新的人機(jī)工程設(shè)計(jì)和手術(shù)本身的復(fù)雜性對(duì)主刀醫(yī)生提出了更高的要求，同時(shí)也給機(jī)器人技術(shù)培訓(xùn)帶來了新的挑戰(zhàn)。

2013年，美國(guó)食品和藥品監(jiān)察局（food and drug administration，F(xiàn)DA）通報(bào)了3697例手術(shù)機(jī)器人的不良事件，大多數(shù)是由于不熟悉機(jī)器人和缺乏系統(tǒng)培訓(xùn)導(dǎo)致［1］。基于此，美國(guó)內(nèi)鏡協(xié)會(huì)（society of american gastro-enterology surgery，SAGES）和機(jī)器人外科協(xié)會(huì)（minimally invasive robotic association，MIRA）再次強(qiáng)調(diào)［2］：外科醫(yī)生在使用機(jī)器人進(jìn)行人體手術(shù)之前，必須進(jìn)行專業(yè)訓(xùn)練。而且提出，訓(xùn)練中嚴(yán)格的培訓(xùn)手段和量化的考核標(biāo)準(zhǔn)同等重要。

手術(shù)機(jī)器人培訓(xùn)中心的核心任務(wù)為：幫助醫(yī)師養(yǎng)成良好操作習(xí)慣以降低犯錯(cuò)幾率，縮短外科醫(yī)生在手術(shù)室的學(xué)習(xí)曲線，對(duì)外科醫(yī)生及其團(tuán)隊(duì)資質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)入審核。和其他培訓(xùn)一樣，機(jī)器人系統(tǒng)化培訓(xùn)的流程是：讓學(xué)員進(jìn)入優(yōu)化設(shè)計(jì)的培訓(xùn)體系，訓(xùn)練結(jié)束后，通過嚴(yán)格的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)和考核手段對(duì)學(xué)員的資質(zhì)進(jìn)行審核，判斷其使用機(jī)器人進(jìn)行手術(shù)的能力。

1 培訓(xùn)組織形式

目前世界范圍內(nèi)絕大多數(shù)培訓(xùn)基地（包括我國(guó)現(xiàn)有的培訓(xùn)基地）使用的是達(dá)芬奇系統(tǒng)生產(chǎn)廠家Intuitive Surgical公司的推薦標(biāo)準(zhǔn)，其將培訓(xùn)分為臨床前期培訓(xùn)（培訓(xùn)中心進(jìn)行）和臨床期培訓(xùn)（醫(yī)院進(jìn)行）。臨床前期培訓(xùn)包括了課程學(xué)習(xí)，基礎(chǔ)訓(xùn)練，模擬訓(xùn)練，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。臨床課程包括臨床觀察，擔(dān)任一助，以及在高年資醫(yī)生幫助下主刀［3］。

由于臨床前期培訓(xùn)費(fèi)用高昂，必須壓縮培訓(xùn)時(shí)間，導(dǎo)致培訓(xùn)效果并不令人滿意，2天的培訓(xùn)僅能保證50%的泌尿外科醫(yī)生完成機(jī)器人輔助前列腺癌根治術(shù)［4］。基于在腹腔鏡培訓(xùn)上取得的經(jīng)驗(yàn)，我們和兄弟院校進(jìn)行合作，開始對(duì)該培訓(xùn)模式進(jìn)行改進(jìn)，提出了“階梯式”培訓(xùn)的概念。即將整個(gè)培訓(xùn)過程分為初級(jí)，中級(jí)，高級(jí)分段進(jìn)行，每階段培訓(xùn)都有充分的培訓(xùn)時(shí)長(zhǎng)以確保培訓(xùn)效果［5］。該培訓(xùn)模式的優(yōu)點(diǎn)在于能為不同層次和階段的醫(yī)生提供相應(yīng)的培訓(xùn)項(xiàng)目，在每個(gè)階段都保證了充足的培訓(xùn)時(shí)間和明確的培訓(xùn)標(biāo)準(zhǔn)，由低級(jí)到高級(jí)逐步過渡以保證學(xué)習(xí)效果。

2 培訓(xùn)標(biāo)準(zhǔn)

2013年14家國(guó)際組織開始手術(shù)機(jī)器人培訓(xùn)標(biāo)準(zhǔn)（FRS，F(xiàn)undamentals of Robotic Surgery）的研究工作，共同提出了手術(shù)機(jī)器人的必備技能［6］（見表1和表2）。周寧新等也對(duì)團(tuán)隊(duì)中各成員需要掌握的核心技巧進(jìn)行了系統(tǒng)描述［7］。

與開放手術(shù)和腹腔鏡手術(shù)不同的是，機(jī)器人手術(shù)時(shí)主刀和一助的位置間隔較遠(yuǎn)，溝通不便。因此在進(jìn)行培訓(xùn)時(shí)，整個(gè)團(tuán)隊(duì)的溝通訓(xùn)練和默契的培養(yǎng)非常重要，我們推薦由不同資歷的醫(yī)生和器械護(hù)士一起組成固定團(tuán)隊(duì)，共同訓(xùn)練。

表1 機(jī)器人手術(shù)團(tuán)隊(duì)需要掌握的技巧

3 培訓(xùn)手段

3.1網(wǎng)上教學(xué)平臺(tái) 機(jī)器人手術(shù)操作模式，操作要點(diǎn)等需要在理論課中予以展示，同時(shí)，手術(shù)機(jī)器人鏡下解剖也需要在理論課中講述。目前主要的網(wǎng)上理論課平臺(tái)包括：美國(guó)Intuitive Surgica公司的網(wǎng)上學(xué)習(xí)平臺(tái)［8］和 FRS學(xué)習(xí)平臺(tái)［9］，Intuitive Surgica公司的網(wǎng)上教程偏重于講述機(jī)器人結(jié)構(gòu)和操作特點(diǎn)，F(xiàn)RS學(xué)習(xí)平臺(tái)的教程偏重于介紹機(jī)器人手術(shù)理論和解剖學(xué)知識(shí)。

3.2高仿真手術(shù)機(jī)器人模擬器 直接采用達(dá)芬奇系統(tǒng)進(jìn)行訓(xùn)練，代價(jià)昂貴，所以許多廠商開發(fā)了基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的外科手術(shù)機(jī)器人模擬器用于教學(xué)。手術(shù)機(jī)器人模擬器能有效地提高機(jī)器人的的操作技巧［10］，而且配備了自動(dòng)評(píng)估系統(tǒng)對(duì)操作質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，以便學(xué)員進(jìn)行針對(duì)性改進(jìn)。因此，模擬器在技能訓(xùn)練和考核中都不可或缺。目前市面上主流的機(jī)器人模擬器為 DVSS（Da Vinci Surgical Simulator，Intuitive Surgical，Sunnyvale，CA，USA），dVT（da Vinci Trainer，Mimic Technologies Inc，Seattle，WA，USA），RoSS（Robotic Surgical Simulator，Simulated Surgical Skills，LLC，Williamsville，NY，USA）和 RobotiX-Mentor（Simbionix Inc，USA）。Mimic公司更是開發(fā)了基于dVT-XTT系統(tǒng)用于團(tuán)隊(duì)技能訓(xùn)練［11］。各模擬器的基本信息見表3。

表2 各層次成員的不同要求

表3 主流手術(shù)機(jī)器人模擬器簡(jiǎn)介

3.3 真機(jī)訓(xùn)練 在模擬機(jī)上進(jìn)行訓(xùn)練之后，需要在真機(jī)上完成訓(xùn)練。FRS推薦使用達(dá)芬奇機(jī)器人在一個(gè)特制的橡膠平臺(tái)上完成切割，分離，縫合，打結(jié)等7種練習(xí)［9］。而來自加利福利亞大學(xué)的研究證實(shí)，真機(jī)訓(xùn)練中取得的經(jīng)驗(yàn)可明顯提高手術(shù)室的操作水平［12］。

3.4動(dòng)物實(shí)驗(yàn) Marecik等使用豬小腸縫合訓(xùn)練來測(cè)定術(shù)者對(duì)于縫合技巧的掌握［13］，通過水密性測(cè)試，可以非常方便地判斷吻合口質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)用豬可以很好地模擬術(shù)中的出血，以及進(jìn)行器官切除手術(shù)，比較適合作為機(jī)器人的最終訓(xùn)練對(duì)象。

4 評(píng)估手段

dVSS和dV-trainer模擬器自帶評(píng)估系統(tǒng)（客觀），其評(píng)估項(xiàng)目包括項(xiàng)目完成時(shí)間，器械運(yùn)動(dòng)距離，器械碰撞次數(shù)，器械受力，器械超出視野時(shí)間，手臂運(yùn)動(dòng)距離，目標(biāo)掉落次數(shù)和目標(biāo)偏離次數(shù)。Ross的評(píng)估系統(tǒng)包括了項(xiàng)目完成時(shí)間，器械受力，器械運(yùn)動(dòng)距離和目標(biāo)掉落次數(shù)。除此之外，通過安裝在機(jī)器人托臺(tái)上的壓力傳感器，我們發(fā)現(xiàn)專家對(duì)托臺(tái)的利用效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于新手，體現(xiàn)在手臂懸空次數(shù)少，時(shí)間短。因此我們提出了“托臺(tái)負(fù)載”這個(gè)獨(dú)立的評(píng)估參數(shù)，并通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了專家的托臺(tái)負(fù)載要大于新手［14］。

在進(jìn)行真機(jī)操作時(shí)，也需要對(duì)操作技巧進(jìn)行評(píng)估，常用的主觀評(píng)估系統(tǒng)有兩個(gè)，一套是R-OSATS（Robotic Objective Structured Assessment of Technical Skills，機(jī)器人操作技能主觀評(píng)估法）［15］，另一套是GEARS（Global Evaluative Assesment of Robotic Skills，機(jī)器人技巧綜合評(píng)估法），通過手術(shù)視野深度（Depth perception），雙手靈巧度（Bimanual dexterity），動(dòng)作效率（Efficience），器械受力（Force sensitivity），解剖知識(shí)（Anatomy），機(jī)器人掌握程度（Robotic control）六項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)機(jī)器人手術(shù)操作技巧進(jìn)行綜合評(píng)估，每項(xiàng)滿分5分，共計(jì)30分，該方法目前被認(rèn)為是手術(shù)機(jī)器人技巧評(píng)估的金標(biāo)準(zhǔn)［16］。目前我們正在監(jiān)測(cè)軟件上集成該功能，通過滑塊的方式提高精確度，方便考核和評(píng)估使用。

5 機(jī)器人手術(shù)培訓(xùn)發(fā)展方向

作為機(jī)器人手術(shù)技巧培訓(xùn)的核心系統(tǒng)，高仿真模擬器的發(fā)展出現(xiàn)了兩極分化：一方面，生產(chǎn)廠商根據(jù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提高模擬系統(tǒng)的仿真度和復(fù)雜程度，從簡(jiǎn)單的操作練習(xí)過渡到完整的手術(shù)訓(xùn)練，從單人練習(xí)過渡到團(tuán)隊(duì)綜合訓(xùn)練［11］；另一方面，通過和游戲廠商合作，在體感游戲機(jī)上移植和開發(fā)機(jī)器人的初級(jí)模擬訓(xùn)練項(xiàng)目，讓醫(yī)學(xué)生在學(xué)習(xí)的初段就可以接觸手術(shù)機(jī)器人的概念和掌握基本操作。

機(jī)器人操作臺(tái)和塔臺(tái)相互獨(dú)立的設(shè)計(jì)方式，使之適合作為遠(yuǎn)程手術(shù)操作平臺(tái)使用。與之對(duì)應(yīng)的，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和信息化技術(shù)相結(jié)合，讓手術(shù)機(jī)器人遠(yuǎn)程培訓(xùn)成為可能。在充分保護(hù)患者隱私的前提下，將術(shù)者的操作信息進(jìn)行整合［17］，通過直播或者慕科的方式進(jìn)行教學(xué)，能夠充分利用教學(xué)資源，降低成本。遠(yuǎn)程化培訓(xùn)是未來機(jī)器人培訓(xùn)的趨勢(shì)。

6 我們的培訓(xùn)經(jīng)驗(yàn)

武漢大學(xué)醫(yī)學(xué)院于2015年采購(gòu)了dV-trainer模擬器，并率先將該模擬器用于學(xué)生的日常技能教學(xué)。根據(jù)階梯式培訓(xùn)的理論，腹腔鏡基礎(chǔ)訓(xùn)練箱可以讓學(xué)生掌握基本的微創(chuàng)操作技巧，腹腔鏡模擬器可以讓學(xué)生適應(yīng)高仿真的模擬器，然后再通過網(wǎng)上FRS學(xué)習(xí)平臺(tái)的理論學(xué)習(xí)，在模擬器上完成10學(xué)時(shí)的模擬訓(xùn)練。經(jīng)過充分準(zhǔn)備和10學(xué)時(shí)的學(xué)習(xí)，學(xué)生的機(jī)器人操作技巧有明顯提升，以Thread the Rings（穿針練習(xí)）為例子，根據(jù)模擬器的自動(dòng)打分系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)，36位學(xué)員訓(xùn)練后的得分為（78±8.6），和訓(xùn)練前的（45±9.8）相比，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。經(jīng)過學(xué)習(xí)，學(xué)員初步掌握了機(jī)器人的操作模式，習(xí)慣更頻繁地使用腳踏以及雙手配合。

7 結(jié)語

達(dá)芬奇機(jī)器人在中國(guó)裝機(jī)量和手術(shù)量的增加，凸顯了手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)化培訓(xùn)的重要性。目前，北京301醫(yī)院和上海長(zhǎng)海醫(yī)院組建了基于達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的培訓(xùn)中心，天津組建了基于Mimic模擬器的機(jī)器人培訓(xùn)模擬中心，對(duì)手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)化和本土化培訓(xùn)進(jìn)行了積極的探索。同時(shí)，我國(guó)哈爾濱工業(yè)大學(xué)，天津大學(xué)等單位都開展了國(guó)產(chǎn)機(jī)器人的研制工作，取得了突破性進(jìn)展。在不久的將來，國(guó)產(chǎn)機(jī)器人將進(jìn)入臨床。

然而，機(jī)器人培訓(xùn)標(biāo)準(zhǔn)化的制定工作并未引起我國(guó)醫(yī)學(xué)界的的足夠重視，其進(jìn)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于硬件建設(shè)。屆時(shí)，我們將面臨有國(guó)產(chǎn)機(jī)器人，而無國(guó)家培訓(xùn)標(biāo)準(zhǔn)可用的尷尬境地。因此，我們希望通過目前國(guó)際機(jī)器培訓(xùn)系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和對(duì)其未來發(fā)展趨勢(shì)的探討，結(jié)合我們培訓(xùn)所取得的經(jīng)驗(yàn)，拋磚引玉，引發(fā)思考，共同推動(dòng)制定符合中國(guó)國(guó)情的國(guó)家手術(shù)機(jī)器人培訓(xùn)標(biāo)準(zhǔn)。