Dołącz do czytelników
Brak wyników

Otwarty dostęp , Opis przypadku

3 marca 2021

NR 21 (Luty 2021)

Testowanie poprawności konstrukcji symulatora artroskopii biodra w wirtualnej rzeczywistości VR

32

Dziewiętnaścioro chirurgów ortopedycznych przeprowadziło symulowane badanie artroskopowe zdrowego stawu biodrowego za pomocą 70° artroskopii w pozycji leżącej na plecach. Uczestnicy zostali podzieleni na 2 grupy. Na grupę ekspertów (min. 250 wykonanych artroskopii bioder lub więcej) i nowicjuszy (mniej niż 250). Obie grupy miały do wykonania zadania na symulatorze. Zobrazowano 21 konkretnych celów w przedziale środkowym i peryferyjnym: 9 przez portal przedni, 9 przez portal przednio-boczny i 3 przez portal tylno-boczny. Zaraz potem nastąpiło zadanie testujące podstawowe sondujące staw, w którym 8 celów zbadano przez portal przednio-boczny. Ocenę wydajności wykonano w oparciu o czas wykonywania procedury, liczbę incydentów, w których doszło do uszkodzenia tkanek miękkich i kości oraz sumaryczny dystans, który przebył artroskop. Niedozwolone było powtórne wykonanie zadań. Poprawność konstrukcji została następnie oceniona przez porównanie wskaźników wydajności grupy nowicjuszy i ekspertów.
W zadaniu wizualizacji grupa ekspertów przewyższyła grupę nowicjuszy w czasie (P =.0003), liczbą zderzeń z tkanką miękką (P =.001), liczbą zderzeń z kością (P = .002) oraz odległością przebytą przez artroskop (P = .02). 
W badaniu sondy 2 grupy różniły się tylko czasem potrzebnym do wykonania zadania (P = .025) bez znaczącej różnicy w innych metrykach.
Niniejsze badanie potwierdza, że symulator artroskopii stawu biodrowego w wirtualnej rzeczywistości i obsługiwanie go, zwiększa potencjał rozwoju podstawowych umiejętności artroskopowych. Poziom dowodów: III.
Przy stale rosnącej liczbie diagnostycznych i terapeutycznych wskazań, artroskopia stawu biodrowego jest jednym z najszybciej rozwijających się obszarów nowoczesnej chirurgii [1–4]. Charakter przegubu kulowego wraz z grubością kapsułki i otoczki tkanek miękkich, sprawiają, że jest to technicznie wymagające pole ze stromą nawierzchnią krzywej uczenia się. Szacuje się, że 30 przypadków szkoleniowych wymaganych jest do zaobserwowania zmniejszenia powikłań [5]. Powikłania obejmują uszkodzenie wargowe lub chrzęstne z powodu oprzyrządowania, krwawienia lub urazy związane z założeniem portalu i neurapraksję związaną z trakcją [6]. Dlatego ważne jest, aby chirurg ortopeda trenował operację artroskopową stawu biodrowego na wczesnym etapie edukacji i szybko opracował niezbędny zestaw podstawowych umiejętności.
Chociaż dziś w przygotowaniu chirurga do pracy przeważa model tradycyjny, ewolucja doprowadziła do tego, aby połączyć ją z bardziej wymagającymi technikami chirurgicznymi [7–11]. Kilka badań wykazało, ile czasu potrzeba, aby zostać bezpiecznym i skutecznym chirurgiem artroskopowym, wykazując zarówno wydłużony czas pracy, jak i większą częstość powikłań, gdy niedoświadczony lekarz wykonuje artroskopową operację stawu biodrowego [12–14].
Wiele badań sugeruje rolę wirtualnej rzeczywistości (VR) w pokonywaniu krzywej uczenia się poprzez wyposażenie stażysty ortopedycznego w podstawowy zestaw umiejętności wymagany do bezpiecznego wyko-
nania procedury artroskopowej [15–17]. W kontekście artroskopii stawu biodrowego, poprawa umiejętności w zakresie symulacji wcześniej wykonanej procedury w sali operacyjnej ma potencjał zmniejszenia powikłań związanych ściślej z techniką chirurgiczną, taką jak uszkodzenie chrząstki. Walidacja VR na symulatorze artroskopii stawu biodrowego jako narzędzie oceny jest wymagane. 
Celem tego badania było przetestowanie konstrukcji istotności modułu diagnostyki stawu biodrowego w wirtualnej rzeczywistości poprzez porównanie nowicjuszy i ekspertów, którzy wykonują 2 zadania o rosnącym stopniu trudności. Hipoteza była taka, że ​​eksperci artroskopowi operujący biodra osiągnęliby lepszą wydajność na symulatorze w porównaniu z nowicjuszami, wspierającymi poprawność konstrukcji symulatora.
 

POLECAMY

Tabela 1. Podsumowująca tabela danych uczestników badania
Grupa Średnia wieku,
lata
Średni wzrost,
cm
Płeć, Mężczyźni/
Kobiety
Całkowity
czas praktyki
chirurgicznej,
lata
Średnia liczba
wykonanych artroskopii
stawu biodrowego
Eksperci 46.7 ± 5.7 180.5 ± 7.7 9:0 20.1 ± 4.7 911.1 ± 492.9
Nowicjusze 38.5 ± 6.8 177 ± 6.2 10:0 8.7 ± 6.0 9.1 ± 26.9


Metoda

W grudniu 2015 r. do badania wzięto chirurgów ortopedów po 1 dniu szkolenia na zwłokach artroskopowej operacji stawu biodrowego. Badanie było otwarte dla wszystkich chirurgów uczestniczących w kursie. Obejmowało rezydentów chirurgii (chirurgów na różnych etapach 6-letniego programu specjalizacji z chirurgii ortopedycznej), jak również wykładowców kursu (praktykujący ortopedzi chirurdzy, którzy pomyślnie ukończyli 6 lat programu treningowego i uzyskali certyfikat specjalisty ortopedy). Pierwszy dzień kursu obejmował zapoznanie ze sprzętem stosowanym w artroskopii stawu biodrowego (w tym 70° artroskop i zestaw sond), stosowane umieszczenie na wznak i na boku, anatomię stawu biodrowego i wreszcie wizualizacje przedziałów centralne i peryferyjne u zwłok. Każdy wolontariusz dostarczył podstawowe informacje demograficzne, w tym płeć, wiek, wzrost i rozmiar rękawicy, a także szczegółowe informacje na temat ich doświadczenia chirurgicznego i wszelkie wcześniejsze zastosowania symulacji VR (Tabela 1). Do zaklasyfikowania uczestników jako nowicjuszy zastosowano odcięcie 250 niezależnych artroskopii stawu biodrowego (mniej niż 250 artroskopów) lub ekspert (250 artroskopów lub więcej). Ta liczba pochodzi z kryterium kompetencji opublikowanego przez niemieckojęzyczne Towarzystwo Artroskopii, jedyne oficjalnie opublikowane kryterium biegłości w artroskopii [18].
W badaniu wykorzystano Arthro Mentor symulator VR. Symulator składa się z manekina ze stałymi 5 mm portalami w miejscach przednich, przednio-bocznych i tylno-bocznych, artroskopu 70°, okrągłej i tępej 5 mm końcówki sondy, komputera i monitora, który wytwarza trójwymiarowe obrazy w odpowiedzi na działania operatora. Symulator zapewnia dotykowe sprzężenie zwrotne dla operatora za pomocą silników podłączonych do narzędzi (Ryc. 1). Każdy uczestnik został poproszony o wykonanie 2 kolejnych symulowanych procedur w pozycji na wznak; 1 podstawowe zadanie wizualizacji i 1 podstawowe badanie sondy stawu (wideo 1, dostępne pod adresem www.arthroscopyjournal.org).
Każde zadanie zaczynało się od identycznych pisemnych instrukcji na ekranie, procedura rozpoczynała się od włożenia artroskopu do dowolnego z 3 portali (przedni, przednio-boczny i tylno-boczny). Zadanie wizualizacji polegało na zlokalizowaniu serii 21 celów przy użyciu 3 portali artroskopowych. Było dziewięć celów wizualizowanych przez portal przednio-boczny, 9 przez przedni i 3 przez tylno-boczny (Tabela 2). Cele zostały zlokalizowane na określonych obszarach zdrowego stawu biodrowego, a uczestnicy musieli je wyjaśnić przez 3 sekundy, następnie symulator wybrał następny cel. Kolejność celów wydawała się pozostawać taka sama dla każdego uczestnika.
 

Tabela 2. Lista celów do wizualizacji z każdego portalu w zadaniu wizualizacji
Portal Site Targets to be visualized during task
Anterior Acetabular fossa
Ligamentum teres
Posterior transverse ligament
Anterior transverse ligament
Posterior labrum
Anterior labrum
Superior labrum
Anterior acetabulum
Posterior-superior capsule
Anterolateral Acetabular fossa
Posterior acetabulum
Ligamentum teres
Posterior labrum
Anterior labrum
Superior labrum
Anterior triangle
Posterior capsule
Femoral head
Posterior Weight-bearing acetabulum
Posterior-superior labrum
Femoral head


Podstawowe badanie obejmowało wizualizację z serią 8 celów za pośrednictwem przednio-bocznego portalu i utrzymując z nimi stały kontakt przez 3 sekundy za pomocą sondy włożonej przez portal wybrany przez uczestnika. Podobnie jak w przypadku zadania wizualizacji, kolejność celów pozostała taka sama dla każdego uczestnika (Tabela 3). Podczas zadań wydajność chirurga została oceniona przez symulator za pośrednictwem zestawu predefiniowanych metryk czasu trwania procedury, czasu między celami, liczbą zderzeń tkanek miękkich i kości, całkowitą długością zadrapań głowy kości udowej wykonywanych przez instrumenty, czasu kontaktu kamera-tkanka i odległością przebytą przez instrumenty.
Analizę statystyczną przeprowadzono z wersją 3.2 R (Foundation for Statistics Computing, Wiedeń, Austria). Porównano różnice we wskaźnikach wydajności między grupami ekspertów i początkujących testem ManneWhitney o wartości P mniejszej niż .05 uważane za znaczące. Normalność rozkładu badano testem Shapiro-Wilka. Korelacja między zmiennymi uczestnika (lata doświadczenia chirurgicznego i liczba wykonanych artroskopii stawu biodrowego) i miary wyników zostały przetestowane przy użyciu współczynnika korelacji produktu Pearsona.
 

Tabela 3. Cele, które należy zbadać podczas próby podstawowej. Zadanie egzaminacyjne
Portal site Targets to be probed during task
Anterolateral Acetabular fossa
Posterior acetabulum
Ligamentum teres
Anterior triangle
Anterior paralabral sulcus
Anterior labrum
Posterior capsule
Femoral head

Wyniki

10 rezydentów chirurgii (chirurgów na różnych etapach sześcioletniego programu specjalizacji z chirurgii ortopedycznej) i 9 specjalistów ortopedii (praktykujących chirurgów ortopedii, którzy pomyślnie ukończyli sześcioletni program treningowy i uzyskali certyfikat specjalisty ortopedii) zgłosili się na ochotnika. Wszyscy eksperci (9 osób) wykonało 250 lub więcej artroskopii stawu biodrowego, tworząc grupę ekspertów, a 10 chirurgów wykonujących mniej niż tą liczbę, utworzyli grupę nowicjuszy. Wszyscy eksperci z wyjątkiem 1 wykonali ponad 500 artroskopii stawu biodrowego, w przeciwieństwie do grupy nowicjuszy, w której tylko 1 chirurg wykonał 10 lub więcej artroskopii stawu biodrowego. Żaden z uczestników nie miał wcześniejszego doświadczenia w korzystaniu z symulatora artroskopii stawu biodrowego. Nie było żadnych wykluczeń z analizy.
 

Ryc. 1. ARTHRO Mentor 3D Systems (Simbionix)


Jeśli chodzi o zadanie wizualizacji, grupa ekspertów znacznie przewyższyła grupę nowicjuszy, zgodnie z oceną czasu potrzebnego na wykonanie zadania (P = .0003), liczby zderzeń z tkanką miękką (P = 0,001), liczby zderzeń z kością (P =. 002), całkowitego czasu kontaktu artroskopu z tkankami (P = 0,001) oraz odległością przebytą przez artroskop (P = 0,023) (Tabela 4). Nie było znaczącej różnicy w całkowitej długości zadrapania głowy kości udowej (P = .10) lub stabilności aparatu (P = .45). W podstawowym badaniu 2 grupy różniły się tylko czasem potrzebnym do wykonania zadania (P = .025) i całkowitym czasem kontaktu między artroskopem i tkanką (P = .014), bez zauważonej różnicy innych miar wyniku (Tabela 5).
W zadaniu wizualizacji była umiarkowanie odwrotna korelacja między latami doświadczenia chirurgicznego a liczbą zderzeń tkanek (r2 = –0,68) i umiarkowana korelacja między liczbą poprzednio wykonanej artroskopii stawu biodrowego i czasu potrzebnego do ukończenia zadania (r2 = –0,62). Na podstawowym badaniu nie było korelacji między zmiennymi uczestnika, w tym liczbie wykonanych wcześniej artroskopii stawu biodrowego i liczbie wykonanych artroskopii stawu biodrowego na tydzień i miary wyników.
 

Tabela 4. Wyniki w podstawowym badaniu wizualizacyjnym
  Czas badania,
min
Zderzenia
z tkankami, n
Zderzenia
z kością, n
Czas kontaktu
kamery
z tkanką, min
Przebyty
dystans, cm
Długość
zadrapań na
głowie kości
udowej, mm
Eksperci 14.0 ± 5.0 61.6 ± 14.1 51.7 ± 14.5 9.5 ± 4.9 593.4 ± 299.9 450.2 ± 165.6
Nowicjusze 24.7 ± 6.2 111 ± 38.3 78 ± 20.3 17.2 ± 4.4 922.7 ± 348.2 582.1 ± 190.9
Wartość P <.001 .001 .002 .001 .020 .062

 

Tabela 5. Wyniki w podstawowym badaniu sondą
  Czas badania,
min
Zderzenia
z tkankami, n
Zderzenia
z kością, n
Czas kontaktu
kamery
z tkanką, min
Przebyty
dystans, cm
Długość
zadrapań na
głowie kości
udowej, mm
Eksperci 10.6 ± 6.3 47.2 ± 37.9 35.3 ± 31.3 5.4 ± 2.9 272.1 ± 201.3 288.3 ± 238.5
Nowicjusze 19.4 ± 10.3 88.3 ± 68.3 63.8 ± 46.5 13.7 ± 9.0 420.9 ± 250.7 574.6 ± 655.1
Wartość P <.025 .072 .078 .013 .181 .124

Dyskusja

Wyniki te wykazują statystycznie istotne różnice między wydajnością ekspertów a nowicjuszy na symulatorze artroskopii stawu biodrowego, grupa z ekspertami osiąga lepsze wyniki w 2 kolejnych zadaniach. To sugeruje, że umiejętności na sali operacyjnej znajdują odzwierciedlenie w symulatorze, wspierając ważność konstrukcji symulatora. Te wyniki naśladują podobne badania dotyczące zastosowania symulacji VR w treningu ortopedycznym oraz wsparcie zastosowania symulatora artroskopii stawu biodrowego w pomaganiu uczestnikom w zdobyciu podstawowego zestawu umiejętności koniecznego do operacji artroskopii stawu biodrowego [19–24].
W celu uzyskania maksymalnej korzyści klinicznej poprzez symulację chirurg powinien posiadać wiedzę na temat techniki wykonania artroskopii stawu biodrowego, ale także procedury. W związku z tym dowody na potwierdzenie, że VR polepsza umiejętności chirurgiczne są dalej poszukiwane. Badanie przeprowadzone przez Howellsa [25] w 2008 r. wykazało, że uczestnicy, którzy zostali losowo przydzieleni do szkolenia na symulatorze chirurgicznym osiągnęli znacznie lepszą ocenę umiejętności podczas wykonywania artroskopii kolana. Kolejne badanie Cannona [26] w 2014 r. ukazało podobne wyniki, stażyści zostali losowo przydzieleni do grupy, przeszli szkolenie na symulatorze wykazujące lepsze umiejętności posługiwania się sondą podczas wykonywania diagnostycznej artroskopii kolana na sali operacyjnej, chociaż czas trwania procedury i umiejętności wizualizacji nie różniły się między 2 grupami. Badanie z 2015 r. przeprowadzone przez Angelo [27] wykazało wzrost prawdopodobieństwa biegłości w wykonywaniu artroskopii.
Chociaż badania te są zachęcające, relatywny brak dowodów kontrastuje z innymi specjalnościami chirurgicznymi takimi jak chirurgia ogólna, w której znacznie większa liczba badań wykazała pozytywne skutki szkolenia na symulatorze, które miały wpływ na wydajność na sali operacyjnej [28–34]. Jeśli społeczność ortopedyczna ma zobowiązać się do korzystania ze szkoleń VR, lekarze muszą nadal ściśle współpracować z firmami technologicznymi, które opracowują symulację VR i badają wpływ korzystania z symulatora na wydajność stażysty w szerokim zakresie klinicznym, w tym artroskopowej operacji stawu biodrowego.
Jednym z aspektów symulacji VR, który może ograniczać jej zastosowanie, jest koszt zakupu i utrzymania symulatora. Koszt ten może być wygórowany w przypadku niektórych jednostek chirurgicznych i uniemożliwić wejście symulacji do programu nauczania na poziomie krajowym. Oceny zdrowotno-ekonomiczne symulacji jako metody szkolenia wykazały, że są one opłacalne w porównaniu z tradycyjnymi metodami szkolenia [35–37], co sugeruje, że symulatory VR mają poprawną konstrukcję oraz udowodnioną korzyść dla stażysty w praktyce klinicznej, więc mogą stanowić rozsądną inwestycję dla szkoleń chirurgicznych.

Ograniczenia

Jednym z ograniczeń w tym badaniu jest to, że zostało przeprowadzone w ciągu jednego dnia. Dokładna analiza korzyści w zakresie nabywania umiejętności mogłaby zostać osiągnięta, powtarzając wielokrotność jednego zadania wraz ze stałym odstępem między próbami. Dostarczyłoby to więcej informacji na temat otrzymania umiejętności i krzywych uczenia się w czasie, co jest ważnym czynnikiem biorąc pod uwagę przydatność szkolenia na symulatorze VR [38].
W przeciwieństwie do niektórych wcześniejszych badań nad symulacją, liczba poprzednich wykonanych procedur i lata doświadczenia wykazały jedynie umiarkowaną korelację z miernikami wydajności symulatora [39]. Jest to zgodne z sugestiami z poprzednich badań, które wykraczały poza początkową naukę krzywej artroskopii, osiągając fazę „plateau”, której działanie jest bardziej podatne na naturalne wariacje, zapobiegając pojawieniu się jakichkolwiek oczywistych trendów [11]. To badanie jest jednak ograniczone ze względu na wielkość próby, która była zależna od liczby chirurgów uczęszczających na kurs i ich gotowości do uczestnictwa. Ponadto grupa początkująca prawie nie miała doświadczenia w artroskopii. Badania z udziałem większej liczby uczestników z szerokim zakresem doświadczenia byłyby przydatne w dalszej analizie tych trendów.
Tworząc to badanie, zdecydowaliśmy się na użycie kryterium kompetencji opublikowane przez niemieckojęzyczne Society of Arthroscopy (250 niezależnych artroskopii) jako wartość odcięcia, która zdefiniowała chirurga jako eksperta; jednak kryteria te są obecnie używane w odniesieniu do artroskopii kolana i nie można zakładać, że ma zastosowanie do artroskopii stawu biodrowego. Niestety nie ma formalnych kryteriów definiowania ekspertów w artroskopii stawu biodrowego.
Chociaż jesteśmy w stanie obiektywnie poprzeć korzystanie z symulacji VR w celu opracowania podstawowego zestawu umiejętności niezbędnych do artroskopii stawu biodrowego, to trudniej jest ocenić rolę symulatora w oswajaniu stażysty do wykonywania zabiegu. Ograniczeniem tego jest niepełne odwzorowanie operacji artroskopii stawu biodrowego. Chociaż cele wizualizacji i sondowania zostały jasno określone i ustalono kolejność odpowiednich obszarów anatomicznych, to w rzeczywistości nie była ona taka sama. Ponadto analiza danych przeprowadzona przez symulator jest ograniczona, ponieważ nie izoluje poszczególnych części zadania, które uczestnik uznał za wymagające. Na przykład, byłoby cenne dla stażysty symulowane otoczenie, w którym najprawdopodobniej mógłby spowodować uszkodzenie tkanki podczas wizualizacji tylnej części ciała.
Chociaż obrazy i ruchy wytworzone przez symulator były bardzo realistyczne, reakcja dotykowa już mniej, co znalazło odzwierciedlenie w dużej liczbie kolizji tkanek i kości zarejestrowanych podczas zadań, które były znacznie większe, niż można by się spodziewać w warunkach klinicznych. Chociaż te obserwacje oznaczają, że symulatorowi prawdopodobnie brakuje odpowiedniej odpowiedzi, nie byliśmy w stanie uzyskać wystarczającej informacji zwrotnej od uczestników do wyciągania wniosków w tym aspekcie.

Konkluzja

Stwierdzono, że zwiększone doświadczenie w artroskopii stawu biodrowego znacznie wpływa na lepszą wydajność pracy na symulatorze VR w 2 zadaniach, potwierdzając poprawność jego konstrukcji. 

Piśmiennictwo dostępne w redakcji

Przypisy