新型腹腔镜手术训练系统的设计与实验研究

发布时间：2019-09-03 17:52

【摘要】：设计帮助医生掌握腹腔镜手术技能的训练系统并初步验证其有效性能。基于人因工程原则设计训练器的尺寸轮廓和穿刺孔位置;依照Mc Gill技能训练标准和腹腔镜手术基本、高级技能设计训练任务模块;根据腹腔镜手术操作过程中医生的最佳操作姿势对台车进行设计;为配合使用腹腔镜以及根据空间运动要求设计扶镜器。12名无腹腔镜手术经验的学生随机分为2组,使用腹腔镜手术训练系统分别以多孔和单孔操作的形式连续9天练习3项基本任务,记录2组人员训练前后完成任务的时间并进行比较。2组无腹腔镜手术经验的学生在使用该训练系统培训后,完成任务的时间均显著缩短(P0.05)。本研究设计的训练器系统符合人因工程学,对于熟悉腹腔镜手术器械的使用,提高多孔和单孔手术操作能力有显著的训练效果。
【图文】：

术训练系统的设计思路2．1．1训练器结构功能以及任务模块的设计腹腔镜手术训练器外形设计以人因工程学为基础，首先根据30个成年人腹部表面尺寸，获得重要标记点之间的距离［2］;同时考虑腹腔镜临床手术操作过程中，气腹形成后腹壁的扩张程度约为正常情况下的1．2倍［3－4］;以及为确保腹腔镜手术操作效果，手术器械在箱体内外的长度比值(I/E)应在1:1和2:1之间，尽量接近1∶1［5］。根据以上信息确定训练器的轮廓尺寸和脐部(单孔)的位置。腹腔镜手术中器械操作孔和腹腔镜放置孔的位置非常重要，其关系到图1所示的5个重要角度的大小，进而与腹腔镜手术的操作时间和操作效果密切关联。Hanna［6］和Meng［7］的研究指出，当操作角(图1A)为60°，仰角(图1B)在30°～60°之间，且腹腔镜与任一器械所成的方位角(图1C)相等时，腹腔镜手术所需要的操作时间最短，完成手术效果最佳。腹腔镜的光学轴心与手术器械平面(opticalax-isoftheendoscopeandtheinstruments＇plane，OAIP)的夹角(图1D)决定了医生从显示器上观察到的手术器械如何进入手术操作区域。研究表明当腹腔镜的光学轴心与手术器械平面相平或位于其上时，显示器上显示手术器械从操作者同侧进行手术操作区域，且当OAIP角在0°～15°时，体内缝合打结任务表现成绩最优异［8］。此外，内窥镜的光学轴心与操作任务平面(opticalaxis－to－targetview，OATV)的夹角(图1E)也会对任务操作的效果造成影响，研究表明OATV角的最佳度数为90°［5］。根据以上5个重要角度确定训练器上手术器械和腹腔镜的入口位置。图1腹腔镜手术中的操作角(A)、方位角(B)、仰角(C)、OAIP角(D)、OATV角(E)Fig1Manipulationangle(A)，，azimuthangle(B)，andelevationangle

生物医学工程研究第35卷部。除此之外，台车应满足以下基本要求:可放置训练器、内窥镜系统、手术器械、能量发生器等;台车高度可调节，且台车可自由移动，并带有刹车安全配置。根据以上信息对训练系统台车进行结构设计。图2腹腔镜手术中医生的最佳操作姿势(A)与显示器、手术台的最佳位置高度(B)Fig2Theoptimaloperationposture(A)andtheopticalpositionheightofmonitor，operationtable(B)2．1．3训练系统的扶镜器设计目前市面上的腹腔镜手术训练器中大多使用数字摄像头代替腹腔镜，但考虑到摄像头存在的影像滞后问题，本研究设计的腹腔镜手术训练系统使用内窥镜系统，同时考虑到术者进行训练时需要扶镜的助手，本系统另外设计有扶镜器。对扶镜器的设计要求是一端固定在台车，一端用于固定腹腔镜，并要求当腹腔镜固定在扶镜器时，可任意调节腹腔镜的观察视野。因此，采用能完成三维运动和旋转运动，且当空间任意运动完成后又能保持运动终止时空间位置的机械臂结构。2．2腹腔镜手术训练系统的组成本研究所设计的腹腔镜手术训练系统(上海世恒医学科技有限公司)主要由腹腔镜手术模拟训练器、台车和显示器以及扶镜器组成。见图3。2．2．1训练系统的训练器根据测量的30名成人腹部表面尺寸及腹腔镜手术中人因工程原则最终确定训练器的尺寸为480mm×360mm×240mm，训练器的上盖表面形态采用与气腹形成后的腹部相似弧面以及参考蛋的外形，使其更好地模拟气腹状态，给医生更直观的术中感受。另外，训练器的上盖两侧采用凹凸的波浪状的纹理，起到防滑作用，使得上盖的开合更为便捷。图4A是训练器的外形展示。训练器表面首先设计了2个用于多孔腹腔镜手术训练的操作孔，孔的位置使得器械满足手术中的最佳角度。由于训练任务处于视野中
【作者单位】： 上海理工大学医疗器械与食品学院;上海世恒医学科技有限公司;
【基金】：国家自然科学基金资助项目(51175345) 教育部留学回国人员科研启动基金资助项目
【分类号】：TH777

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本文编号：2531497