Ergonomie des Chirurgen in der robotergestützten laparoskopischen Vs. der standardmäßigen laparoskopischen Chirurgie (MURALS)

Die Zahl der chirurgischen Eingriffe, die mit minimalen Zugangstechniken durchgeführt werden, nimmt aufgrund der verbesserten Genesungszeiten für Patienten zu. Daher führen Chirurgen immer mehr endoskopische/laparoskopische Eingriffe durch und operieren über längere Zeiträume. Eine kürzlich durchgeführte Metaanalyse zeigte, dass arbeitsbedingte Verletzungen des Bewegungsapparates bei Chirurgen häufig sind (1) und dass Chirurgen zu denen gehören, die am stärksten von arbeitsbedingten Muskel-Skelett-Schäden bedroht sind (2). Tatsächlich liegt die Prävalenz degenerativer Wirbelsäulenerkrankungen bei 17 %, Rotatorenmanschettenpathologien bei 18 % und degenerativer Erkrankungen der Lendenwirbelsäule bei 19 % (1). Die Erfahrung des Chirurgen ist zusätzlich zu Verletzungen mit arbeitsbedingten muskuloskelettalen Schmerzen verbunden, und Schmerzen sind im Nacken (48 %), in der Schulter (43 %) und im Rücken (50 %) weit verbreitet (13).

Nach Angaben des Office for National Statistics im Vereinigten Königreich sind Muskel-Skelett-Probleme bei der Belegschaft die zweithäufigste Ursache für Fehlzeiten (17,7 %) und machen 23 Fehltage pro Jahr aus (2). Dies ist in den USA nicht unähnlich, wo das Bureau of Labor Statistics schätzt, dass 62 % aller Arbeitsunfälle und 32 % der Fehltage bei der Arbeit auf Muskel-Skelett-Probleme zurückzuführen sind. Insgesamt deuten diese Daten darauf hin, dass Muskel-Skelett-Probleme, die durch Karrieren in der Chirurgie verursacht werden, die körperliche Gesundheit beeinträchtigen können, was mit einer verringerten Produktivität, Langlebigkeit und sogar der Qualität der Patientenversorgung verbunden ist.

Die roboterassistierte laparoskopische Chirurgie (RALS) ist eine moderne Technologie, die helfen könnte, diese muskuloskelettalen Probleme zu lindern und dadurch die Patientenversorgung zu verbessern. Im Vergleich zur standardmäßigen laparoskopischen Chirurgie (LS) bietet RALS ruhigere Handgelenksbewegungen mit einem reduzierten Drehpunkteffekt, was dem Patienten zugute kommt (3). Es gibt neue Hinweise darauf, dass RALS mit einer geringeren Rate an Muskel-Skelett-Problemen (23-80 %) assoziiert ist als LS (70-100 %) (1). RALS kann daher trotz der hohen Kosten für die Ausrüstung und der steilen Lernkurve während des Trainings eine attraktive Alternative zu LS sein.

Keine Studie hat die Anforderungen von RALS vs. LS an die muskuloskelettale Ermüdung (und das nachfolgende Verletzungsrisiko) verglichen und ob diese Veränderungen durch Veränderungen der kognitiven Ermüdung untermauert werden. Die Forscher wollen feststellen, ob eine Karriere mit RALS bei der Durchführung komplexer minimal-invasiver Eingriffe mit einer besseren muskuloskelettalen Gesundheit für Chirurgen verbunden ist als mit Standard-LS.

Die Hypothese ist, dass RALS die muskuloskelettale Ermüdung und die Prävalenz von muskuloskelettalen Verletzungen bei Chirurgen im Vergleich zu LS reduzieren wird. Wenn dies zutrifft, sollte RALS verstärkt unterstützt werden, indem die Gesundheit der Chirurgen erhalten und dadurch die Kosten für Gesundheitsdienstleister gesenkt werden.

Forschungssubjekte (Chirurgen und Patienten) Chirurgen: Die Prüfärzte rekrutieren Chirurgen, die chirurgische Eingriffe durchführen und über ähnliche Erfahrungswerte zwischen RALS- und LS-Gruppen verfügen. Chirurgen füllen einen Fragebogen zu Arbeitszeiten und -erfahrung, körperlicher Aktivität (z. B. Sport, Fahrradfahren zur Arbeit oder Gartenarbeit), allgemeinem Gesundheitszustand und muskuloskelettalen Symptomen innerhalb der letzten 12 Monate aus, wobei die standardisierten nordischen Fragebögen zur Analyse muskuloskelettaler Symptome verwendet werden (11 ). Die Forscher werden auch die Körperzusammensetzung (Größe, Körpergewicht, BMI, Muskelmasse, Fettmasse) mithilfe einer klinisch validierten bioelektrischen Impedanzanalyse quantifizieren. Die Chirurgen werden weitgehend nach Alter und chirurgischer Erfahrung, Anthropometrie und Geschlecht abgeglichen. Patienten: Um die Arbeit abzuschließen, werden die Forscher Daten von n = 40 Patienten verwenden, die in RALS- und n = 40 LS-Gruppen operiert werden, bei denen Alter, Geschlecht, BMI und präoperative Risikobewertung übereinstimmen.

Chirurgisches Verfahren und gesamtes Studiendesign Daten werden während Indexverfahren gesammelt: Zum Beispiel Prostatektomie oder anteriore Resektion unter Verwendung von entweder RALS oder LS. Vor der Operation werden die Chirurgen sowohl mit EMG (zur Messung der Muskelermüdung) als auch mit EEG (zur Messung der kognitiven Erschöpfung) ausgestattet. Chirurgen füllen vor und nach jeder Operation eine Reihe validierter Fragebögen aus, um die muskuloskelettale Belastung/den Schmerz und die kognitive Ermüdung subjektiv zu bestimmen.

Diese Forschung wird in der realen Chirurgie durchgeführt, und die Kontrolle der Bedingungen zwischen den Operationen ist eine einzigartige Herausforderung. Die Studie wird alle Operationen ausschließen, bei denen Komplikationen dazu führen, dass die Operation mehr als 50 % der mittleren durchschnittlichen Operationszeit in Anspruch nimmt, um zu verhindern, dass dies die Daten in Richtung einer Auswirkung auf die Ermüdung des Bewegungsapparates verzerrt. Diese mittlere durchschnittliche Zeit umfasst auch für bestimmte Verfahren, z. Prostatektomie – Definieren der Resektionsränder durch Präparieren der endopelvinen Faszie und Mobilisieren von Samenbläschen, Rektum und Blasenhals, Definieren und Durchtrennen der Prostatastiele; Durchtrennen des Blasenhalses, der Harnröhre und der Prostata; Anastomosierung der Harnröhre zum Blasenhals. Darmchirurgie – Identifizierung, Durchtrennung und Ligatur des Stiels; seitliche Mobilisation und Erhalt der Harnleiter und Darmanastomose.

Die Ermittler beurteilen die akute Erschöpfung, indem sie RALS und LS innerhalb einer einzigen Operation vergleichen, die die erste Operation an einem bestimmten Tag ist. Zur Bestimmung der kumulativen Fatigue (chronische Operationsfolgen, Ziel 2) wird die erste und letzte Operation des Probanden an dem Tag verglichen, an dem >2 Operationen durchgeführt wurden.

Messung der Muskel-Skelett-Ermüdung (EMG) EMG-Begründung. Die Studie wird Elektromyographie (EMG) verwenden, um akute und chronische Veränderungen der Muskel-Skelett-Anforderungen im Zusammenhang mit RALS- und LS-Operationen zu bestimmen. Das Oberflächen-EMG ist ein nicht-invasives Verfahren, das die Muskelaktivität misst, indem das elektrische Signal aufgezeichnet wird, das während der Muskelfaserrekrutierung erzeugt wird. Seine Fähigkeit, Müdigkeit zu beurteilen, ist seit langem bekannt (z. (4)) und wurde in vielen Bevölkerungsgruppen, einschließlich Sportlern (z. (5)), Zahnärzte (6) und Chirurgen (z. (7,8)) EMG wird für 200 s (9) bei 0, 30, 60, 90 und 120 Minuten eines ~2-stündigen chirurgischen Eingriffs gesammelt. Zusätzlich zu diesen Zeitpunkten werden EMG-Daten während klinisch wichtiger Aufgaben (z. Nähen nach Abschluss der Operation, die normalerweise 10 Minuten dauert).

EMG-Protokoll. Chirurgen geben vor der Teilnahme eine schriftliche Einverständniserklärung ab. Chirurgen führen Indexverfahren durch: Zum Beispiel Prostatektomie oder anteriore Resektion mit RALS oder LS; das Protokoll für die EMG-Datenerfassung ist identisch. Vor der Operation werden die Chirurgen mit drahtlosen EMG-Sensoren ausgestattet. Die EMG-Datenerhebungsverfahren folgen etablierten Protokollen zur Standortvorbereitung und Elektrodenplatzierung sowie zur Datenerhebung, -verarbeitung und -normalisierung (7,12). Kurz gesagt, die Stelle wird rasiert und mit Alkoholtupfern gereinigt, wobei die bipolaren Elektroden auf dem Bauch des Muskels und parallel zu den Muskelfasern mit einem Abstand zwischen den Elektroden von 20 mm platziert werden (12). Elektroden werden an den Muskeln von Arm, Nacken, Schulter und Rücken angebracht, z. M. flexor carpi radialis, M. biceps, bilateral von den M. trapezius und bilateral vom M. erector spinae. Diese Muskeln wurden basierend auf einer kürzlich durchgeführten Metaanalyse ausgewählt (13). Die Elektroden werden vor dem OP-Peeling des Chirurgen angebracht, und die Elektroden werden von OP-Mänteln bedeckt, wodurch ein steriler Operationssaal aufrechterhalten wird. Ein drahtloses EMG-System wurde so ausgewählt, dass es minimal invasiv ist und die Bewegung eines Chirurgen nicht durch Drähte behindert.

EMG-Datenanalyse. Die Daten werden mit EMG Works (Delsys Inc., Boston, MA, USA) mit empfohlenen Normalisierungs-, Stichproben-, Filter- und Glättungstechniken (7) gesammelt und analysiert. EMG-Aufzeichnungen in früheren Daten zeigen signifikante Veränderungen während LS-Eingriffen bei 70–85 % der Chirurgen, hauptsächlich in den Muskeln von Nacken, Schultern, Händen, unterem Rücken und unteren Extremitäten. Die Aufzeichnungen der Muskeln des Arms, des Nackens, der Schulter und des Rückens werden überwacht, aber die Muskeln der unteren Gliedmaßen werden nicht einbezogen, da die Chirurgen bei RALS vom Patienten entfernt sitzen und die Arbeitsbelastung der unteren Gliedmaßen durch Stirn- und Armlehnen erheblich verändert wird Vergleiche der unteren Extremitätenmuskulatur bei LS nicht aussagekräftig. Sobald das EMG-Signal normalisiert ist (10), können grundlegende EMG-Variablen wie Frequenz und Amplitude Aufschluss darüber geben, wie sich die Muskelfaserrekrutierung sowohl an einem einzelnen Muskel als auch über mehrere Muskeln hinweg verändert hat (Aktivierungs- / Rekrutierungsstrategien). auch ein Fatigue-Score kann berechnet werden (11). Der Normalisierungsprozess kann die Möglichkeit bieten, zwischen Muskeln zu vergleichen und die Aktivität der Muskeln zu verschiedenen Zeitpunkten (d. h. innerhalb derselben Sitzung oder nach Ablauf einer längeren Zeit; z.B. (5,12,13).

Messung der kognitiven Erschöpfung (EEG) EEG-Begründung. Die Studie wird Elektroenzephalographie (EEG) verwenden, um festzustellen, ob akute oder chronische Veränderungen der Muskel-Skelett-Anforderungen mit Veränderungen der motorischen Kontrolle und kognitiver Erschöpfung einhergehen. Die kognitive Erschöpfung kann über neurophysiologische Messungen, wie das Elektroenzephalogramm, festgestellt werden. Das EEG kann die laufende elektrische Aktivität des Gehirns während einer bestimmten Aufgabe messen, beispielsweise während des Fahrens oder während einer Operation. EEG-Ermüdungsmessungen können eine objektive Quantifizierung des kognitiven Zustands einer Person in Echtzeit liefern, wodurch die Abhängigkeit von subjektiven Messungen wie Selbstberichten oder Fragebögen beseitigt wird, die sich bei mäßigen Ermüdungszuständen als unzuverlässig erwiesen haben. Das Gehirn schwingt zu jeder Zeit mit einer Reihe unterschiedlicher Frequenzen, und diese Informationen werden im EEG aufgezeichnet. Die Leistung bestimmter Frequenzbänder wurde als Proxy für die Indizierung kognitiver Erschöpfung herangezogen. Insbesondere deuten Beweise darauf hin, dass die Leistung im Alpha-Band (7-13 Hz) empfindlich auf Ermüdung reagiert (für eine Übersicht siehe (14)) und zur Messung der Fahrerermüdung sowohl im realen Verkehr als auch in Simulationsübungen verwendet wurde (15-18). . Wenn die Müdigkeit zunimmt, tritt die Alpha-Band-Aktivität in Ausbrüchen von 500 Millisekunden auf, die als Alpha-Spindeln bekannt sind (19). Es wird davon ausgegangen, dass Alpha-Spindeln individuelle Ermüdungszustände widerspiegeln und in Bezug auf ihre Spitzenfrequenz, -dauer und -amplitude quantifiziert werden können, wodurch die Alpha-Signatur einer Person entsteht (20).

EEG-Protokoll. Während die Chirurgen EMG-Elektroden anlegen lassen, wird ein ähnliches Verfahren für die drahtlosen EEG-Elektroden durchgeführt. Die Hautstelle am Kopf wird wie zuvor beschrieben präpariert (21) und das Elektrodengel und die Elektrodenkappe werden vor der chirurgischen Kappe aufgebracht, wodurch die Sterilität des Operationssaals aufrechterhalten wird. Die Elektroden werden mit einer 8-Kanal-Elektrodenmontage über dem Kortex platziert, um während der Operation für 200 s (9) bei 0, 30, 60, 90 und 120 Minuten eines ~ 2-stündigen chirurgischen Eingriffs laufende EEG-Oszillationen aufzuzeichnen. Die Elektroden werden gemäß dem internationalen Elektrodenplatzierungssystem 10-20 positioniert. Die interessierenden Haupt-EEG-Kanäle werden über dem okzipitalen und parietalen Kortex positioniert, nämlich Elektrodenpositionen O1, O2, P3, P4, P7, P8, wo die maximale Alpha-Aktivität erkannt werden kann. Zusätzlich zu diesen Zeitpunkten werden EEG-Daten während klinisch wichtiger Aufgaben (z. Nähen nach Abschluss der Operation, die normalerweise 10 Minuten dauert). Ein drahtloses EEG-System wurde so ausgewählt, dass es minimal invasiv ist und keine Ablenkung oder Einschränkung durch die Bewegung von Drähten verursacht.

EEG-Datenanalyse. Die Daten werden mit Enobio 8 5G (Neuroelectrics, Cambridge, MA, USA) unter Verwendung von Standardreferenzierungs-, Abtast-, Filter- und Glättungstechniken (21) gesammelt und analysiert. Die Ermittler werden die Alpha-Spitzenleistung und die Dauer und Amplitude der Alpha-Spindel in RALS im Vergleich zu LS vergleichen. Änderungen in den EEG-Leistungsspektren, insbesondere im Alpha-Frequenzband, werden zur Überwachung der Wachsamkeit verwendet und liefern entscheidende Informationen darüber, ob kognitive Ermüdung eine Muskel-Skelett-Ermüdung untermauert. Die Studie wird auch in der Lage sein, anhand der EEG-Leistungsspektren festzustellen, wie sich die Wachsamkeit während der Operation im Laufe der Zeit verändert.

Messungen der körperlichen Aktivität des Chirurgen und der muskuloskelettalen Gesundheit Es ist von entscheidender Bedeutung, dass die muskuloskelettale Ermüdung des Chirurgen durch nichts anderes als das Arbeitsumfeld beeinflusst wird. Wir werden während der gesamten Datenerhebung jede Woche dreiachsige Beschleunigungsmesser verwenden, um zu messen und sicherzustellen, dass Chirurgen ihre körperlichen Aktivitätsmuster nicht ändern (und somit stärker oder schwächer werden). Die Ernährung ist ebenfalls entscheidend für die Entwicklung der Kraft, genau wie eine schlechte Ernährung zu einem Kraftverlust führen kann. Daher führen die Chirurgen während des gesamten Datenerfassungszeitraums in wöchentlichen Abständen 3-tägige Ernährungstagebücher und Ernährungsanalysen durch.

Statistik und Datenanalyse. Leistungsberechnung: Um Ziel 1 zu erreichen, erwarten die Forscher einen Unterschied in der Muskel-Skelett-Ermüdung von 20 % zwischen RALS und LS, basierend auf den begrenzten verfügbaren Beweisen (1). Basierend auf einer vorhergesagten Effektgröße (Cohen's d) von 0,82 wird daher eine Rekrutierung von 40 Probanden in RALS und 40 Probanden in LS (Gesamtstichprobengröße n = 80) durchgeführt. Diese Zahlen werden zwischen Prostata- und Darmoperationen abgeglichen. In Ziel 2 deuten die Daten darauf hin, dass das Ermüdungsniveau zwischen der letzten Operation des Tages und der ersten größer sein wird als der Unterschied in Ziel 1 (Cohens d 0,90), daher sind für diese Forschungsfrage 27 Probanden/Gruppe erforderlich. Schließlich in Ziel 3, um zu untersuchen, ob Veränderungen der Muskel-Skelett-Ermüdung durch Veränderungen der motorischen Kontrolle und der kognitiven Erschöpfung untermauert werden. Die Forscher erwarten eine Effektgröße von 0,85 zwischen RALS und LS und werden daher Daten von 31/Gruppe verwenden, um diesen Effekt zu untersuchen. Eine A-priori-Power-Berechnung wird verwendet, um die erforderliche Stichprobengröße unter Verwendung von G*Power 3 (22) zu berechnen. Konservativ wurde der niedrigere der drei Werte für die Powerberechnung (eine Effektgröße von 0,82) gewählt. Unter der Annahme eines Cohen's d von 0,82 sind 40 Teilnehmer pro Gruppe erforderlich, um bei einem Alpha von 0,05 mit 90 % Trennschärfe einen Unterschied zwischen den Gruppen zu erkennen.

Statistische Analyse: Um Unterschiede in der muskuloskelettalen und kognitiven Ermüdung bei RALS und LS zu bestimmen, wird eine ANOVA mit gemischtem Modell oder ein nicht-parametrisches Äquivalent verwendet. Die am Ende der Studie gewonnenen Daten und Schlussfolgerungen fließen in Empfehlungen sowohl in die wissenschaftliche Literatur (Veröffentlichungen) als auch in die Verbreitung auf Konferenzen gegen Ende des Projekts ein (siehe Gantt-Diagramm). Die Studie ist die Plattform, um ein starkes Argument für die langfristigen muskuloskelettalen Auswirkungen auf Chirurgen zu entwickeln, die Eingriffe mit minimalem Zugang bei RALS durchführen.