Хирургическая эргономика в роботизированной лапароскопической хирургии по сравнению со стандартной лапароскопической хирургией (MURALS)

Количество хирургических вмешательств, выполняемых с использованием техники минимального доступа, растет из-за сокращения времени восстановления пациентов. Таким образом, хирурги выполняют все больше эндоскопических/лапароскопических процедур и оперируют в течение более длительного времени. Недавний метаанализ показал, что связанные с работой скелетно-мышечные травмы среди хирургов распространены (1), и хирурги относятся к числу тех, кто больше всего подвержен риску ухудшения состояния опорно-двигательного аппарата, связанного с работой (2). Действительно, распространенность дегенеративных заболеваний позвоночника составляет 17 %, патологии вращательной манжеты плеча — 18 %, а дегенеративных заболеваний поясничного отдела позвоночника — 19 % (1). Хирурги испытывают мышечно-скелетную боль, связанную с работой, в дополнение к травме, и боль широко распространена в шее (48%), плече (43%) и спине (50%) (13).

По данным Управления национальной статистики Великобритании, проблемы с опорно-двигательным аппаратом среди рабочей силы являются второй наиболее распространенной причиной отсутствия (17,7%) и составляют 23 дня отсутствия в год (2). Это не отличается от США, где, по оценкам Бюро статистики труда, 62% всех травм рабочих и 32% пропущенных рабочих дней связаны с проблемами опорно-двигательного аппарата. В совокупности эти данные свидетельствуют о том, что проблемы с опорно-двигательным аппаратом, вызванные карьерой в хирургии, могут ухудшить физическое здоровье, что связано со снижением производительности, продолжительности карьеры и даже качества ухода за пациентами.

Роботизированная лапароскопическая хирургия (RALS) — это современная технология, которая может помочь смягчить проблемы с опорно-двигательным аппаратом и тем самым улучшить уход за пациентами. По сравнению со стандартной лапароскопической хирургией (LS), RALS предлагает более устойчивые движения запястья с меньшим эффектом точки опоры, что приносит пользу пациенту (3). Появляются данные о том, что RALS связан с более низкой частотой проблем с опорно-двигательным аппаратом (23-80%), чем LS (70-100%) (1). Таким образом, RALS может быть привлекательной альтернативой LS, несмотря на высокую стоимость оборудования и крутую кривую обучения во время обучения.

Ни в одном исследовании не сравнивались требования RALS и LS в отношении мышечно-скелетной усталости (и последующего риска травм) и не подкреплялись ли эти изменения изменениями когнитивной усталости. Исследователи стремятся определить, связана ли карьера с использованием RALS с лучшим здоровьем опорно-двигательного аппарата для хирургов, чем стандартная LS при выполнении сложных минимально инвазивных процедур.

Гипотеза состоит в том, что RALS снизит мышечно-скелетную усталость и распространенность мышечно-скелетных травм у хирургов по сравнению с LS. Если это так, то RALS должна получить усиленную поддержку за счет сохранения здоровья хирурга и, таким образом, снижения затрат для поставщиков медицинских услуг.

Субъекты исследования (хирурги и пациенты) Хирурги: Исследователи будут набирать хирургов, выполняющих хирургические процедуры, которые имеют одинаковый уровень опыта в группах RALS и LS. Хирурги заполняют анкету, касающуюся рабочего времени и опыта, уровня физической активности (например, спорт, езда на велосипеде на работу или работа в саду), общего состояния здоровья и симптомов опорно-двигательного аппарата в течение последних 12 месяцев с использованием стандартизированных скандинавских опросников для анализа скелетно-мышечных симптомов (11). ). Исследователи также будут количественно определять состав тела (рост, массу тела, ИМТ, мышечную массу, жировую массу) с использованием клинически подтвержденного анализа биоэлектрического импеданса. Хирурги будут в целом соответствовать возрасту и хирургическому опыту, антропометрии и полу. Пациенты. Для завершения работы исследователи будут использовать данные n = 40 пациентов, прооперированных в группах RALS и n = 40 LS, которые будут соответствовать возрасту, полу, ИМТ и предоперационной оценке риска.

Хирургическая процедура и общий дизайн исследования Данные будут собираться во время индексных процедур: например, простатэктомия или передняя резекция с использованием либо RALS, либо LS. Перед операцией хирургам назначают как ЭМГ (для измерения мышечной усталости), так и ЭЭГ (для измерения когнитивной усталости). Хирурги будут заполнять серию утвержденных анкет до и после каждой операции, чтобы субъективно определить мышечно-скелетную нагрузку / боль и когнитивную усталость.

Это исследование проводится в реальной хирургии, и контроль условий между операциями является уникально сложной задачей. Из исследования будут исключены любые операции, при которых осложнения приводят к тому, что операция занимает более 50% среднего времени операции, чтобы предотвратить искажение данных в сторону утомления опорно-двигательного аппарата. Это среднее среднее время также будет включать в себя определенные процедуры, например. Простатэктомия - определение краев резекции путем рассечения внутритазовой фасции и мобилизации семенных пузырьков, прямой кишки и шейки мочевого пузыря, определение и пересечение ножек предстательной железы; пересечение шейки мочевого пузыря, уретры и предстательной железы; анастомозирует уретру с шейкой мочевого пузыря. Хирургия кишечника - выявление, пересечение и перевязка ножки; боковая мобилизация и сохранение мочеточников, кишечный анастомоз.

Исследователи будут оценивать острую усталость, сравнивая RALS и LS в рамках одной операции, которая является первой операцией в любой день. Чтобы определить кумулятивную усталость (хронические эффекты операции, цель 2), будет проведено сравнение между первой и последней операцией субъекта в тот день, когда было выполнено > 2 операций.

Измерение скелетно-мышечной усталости (ЭМГ) Обоснование ЭМГ. В исследовании будет использоваться электромиография (ЭМГ) для определения острых и хронических изменений скелетно-мышечной нагрузки, связанных с операциями RALS и LS. Поверхностная ЭМГ — это неинвазивная процедура, которая измеряет мышечную активность путем записи электрического сигнала, генерируемого во время рекрутирования мышечных волокон. Его способность оценивать усталость давно установлена ​​(например, (4)) и широко используется во многих группах населения, включая спортсменов (например, (5)), дантистов (6) и хирургов (например, (7,8)) ЭМГ будет собираться в течение 200 с (9) через 0, 30, 60, 90 и 120 минут после ~2-часовой хирургической процедуры. В дополнение к этим временным точкам данные ЭМГ будут собираться во время выполнения клинически важных задач (например, наложение швов после завершения операции, которая обычно занимает 10 минут).

протокол ЭМГ. Хирурги предоставят письменное информированное согласие до участия. Хирурги будут выполнять индексные процедуры: например, простатэктомию или переднюю резекцию с использованием либо RALS, либо LS; протокол сбора данных ЭМГ будет идентичным. Перед операцией хирурги будут снабжены беспроводными датчиками ЭМГ. Процедуры сбора данных ЭМГ будут следовать установленным протоколам в отношении подготовки места и размещения электродов, а также сбора, обработки и нормализации данных (7,12). Вкратце, место будет выбрито и очищено спиртовыми салфетками, при этом биполярные электроды будут размещены на брюшке мышцы и параллельно волокнам мышцы с расстоянием между электродами 20 мм (12). Электроды будут размещены на мышцах рук, шеи, плеч и спины, т.е. лучевого сгибателя запястья, двуглавой мышцы, билатерально от трапециевидной мышцы и билатерально от мышцы, выпрямляющей позвоночник. Эти мышцы были выбраны на основе недавнего метаанализа (13). Электроды устанавливаются перед операцией хирургов, а электроды будут покрыты хирургическими халатами, что обеспечивает стерильность операционной. Беспроводная ЭМГ-система была выбрана так, чтобы она была минимально инвазивной и не мешала движениям хирурга с помощью проводов.

Анализ данных ЭМГ. Данные будут собираться и анализироваться с использованием EMG Works (Delsys Inc., Бостон, Массачусетс, США) с рекомендуемыми методами нормализации, выборки, фильтрации и сглаживания (7). Записи ЭМГ в предыдущих данных показывают значительные изменения во время операций ЛС у 70-85% хирургов, в основном в мышцах шеи, плеч, рук, нижней части спины и нижних конечностей. Будут контролироваться записи мышц рук, шеи, плеч и спины, но мышцы нижних конечностей не будут включены, потому что во время RALS хирурги сидят вдали от пациента, а наличие надбровных и подлокотников значительно изменяет нагрузку на нижние конечности, делая сравнения мышц нижних конечностей при LS не имеют смысла. После нормализации сигнала ЭМГ (10) основные переменные ЭМГ, такие как частота и амплитуда, могут предоставить информацию о том, как изменилось рекрутирование мышечных волокон, как в одной мышце, так и в нескольких мышцах (стратегии активации/рекрутирования), в то время как также можно рассчитать показатель утомляемости (11). Процесс нормализации дает возможность сравнивать мышцы, а также исследовать активность мышц в разные моменты времени (т.е. в течение того же сеанса или по прошествии более длительного времени; например (5,12,13).

Измерение когнитивного утомления (ЭЭГ) Обоснование ЭЭГ. В исследовании будет использоваться электроэнцефалография (ЭЭГ), чтобы определить, связаны ли острые или хронические изменения в мышечно-скелетных нагрузках с изменениями в моторном контроле и когнитивной усталостью. Когнитивную усталость можно определить с помощью нейрофизиологических показателей, таких как электроэнцефалограмма. ЭЭГ может измерять текущую электрическую активность мозга во время выполнения определенной задачи, например, во время вождения или во время операции. Измерения усталости с помощью ЭЭГ могут обеспечить объективную количественную оценку когнитивного состояния человека в режиме реального времени, устраняя зависимость от субъективных показателей, таких как самоотчеты или опросники, которые оказались ненадежными для состояний умеренной усталости. Мозг колеблется на разных частотах в любой момент времени, и эта информация записывается в ЭЭГ. Мощность определенных частотных диапазонов была взята в качестве показателя когнитивной усталости. В частности, данные указывают на то, что мощность в альфа-диапазоне (7–13 Гц) чувствительна к утомлению (обзор см. в (14)), и его использовали для измерения утомления водителя как в реальном дорожном движении, так и в симуляционных упражнениях (15–18). . Когда утомление увеличивается, активность альфа-диапазона возникает вспышками по 500 миллисекунд, которые известны как альфа-веретена (19). Считается, что альфа-веретена отражают индивидуальные состояния усталости и могут быть количественно оценены с точки зрения их пиковой частоты, продолжительности и амплитуды, что приводит к индивидуальной альфа-сигнатуре (20).

протокол ЭЭГ. Пока хирурги устанавливают электроды ЭМГ, аналогичная процедура будет выполнена для беспроводных электродов ЭЭГ. Участок кожи на голове будет подготовлен, как описано ранее (21), а электродный гель и электродный колпачок будут наложены перед хирургическим колпачком, тем самым поддерживая стерильность операционной. Электроды будут размещены над корой головного мозга с использованием 8-канального электродного монтажа для записи текущих колебаний ЭЭГ во время операции в течение 200 с (9) на 0, 30, 60, 90 и 120 минутах примерно 2-часовой хирургической процедуры. Электроды будут располагаться в соответствии с международной системой размещения электродов 10-20. Основные интересующие каналы ЭЭГ будут расположены над затылочной и теменной корой, а именно в местах расположения электродов O1, O2, P3, P4, P7, P8, где может быть обнаружена максимальная альфа-активность. В дополнение к этим временным точкам данные ЭЭГ будут собираться во время выполнения клинически важных задач (например, наложение швов после завершения операции, которая обычно занимает 10 минут). Беспроводная система ЭЭГ была выбрана таким образом, чтобы она была минимально инвазивной и не вызывала отвлечения внимания или ограничений из-за движения проводов.

Анализ данных ЭЭГ. Данные будут собираться и анализироваться с использованием Enobio 8 5G (Neuroelectrics, Кембридж, Массачусетс, США) с использованием стандартных методов привязки, выборки, фильтрации и сглаживания (21). Исследователи будут сравнивать пиковую мощность альфа-канала, продолжительность и амплитуду альфа-веретена в RALS по сравнению с LS. Изменения в спектрах мощности ЭЭГ, особенно в альфа-диапазоне частот, будут использоваться для мониторинга бдительности и предоставят важную информацию о том, лежит ли когнитивная усталость в основе какой-либо скелетно-мышечной усталости. Исследование также позволит определить, как бдительность меняется со временем во время операции с помощью спектров мощности ЭЭГ.

Измерения физической активности хирурга и здоровья опорно-двигательного аппарата Крайне важно, чтобы скелетно-мышечная усталость у хирургов не зависела от чего-либо, кроме рабочей среды. Мы будем использовать трехосную акселерометрию каждую неделю во время сбора данных, чтобы измерять и гарантировать, что хирурги не меняют модели своей физической активности (и, таким образом, становятся сильнее или слабее). Питание также имеет решающее значение для развития силы, точно так же, как плохое питание может привести к потере силы. Поэтому хирурги будут заполнять 3-дневные дневники питания и анализировать питание с интервалом в неделю в течение всего периода сбора данных.

Статистика и анализ данных. Расчет мощности: для достижения цели 1 исследователи ожидают разницу в мышечно-скелетной усталости в 20% между RALS и LS на основании имеющихся ограниченных данных (1). Таким образом, исходя из прогнозируемого размера эффекта (Коэна d), равного 0,82, будет проведен набор 40 субъектов в RALS и 40 субъектов в LS (общий размер выборки n = 80). Эти числа будут сопоставляться между операциями на предстательной железе и кишечнике. Данные для цели 2 показывают, что уровень усталости между последней операцией дня и первой операцией будет больше, чем разница в цели 1 (Коэн d = 0,90), поэтому для этого исследовательского вопроса требуется 27 субъектов/группу. Наконец, в цели 3, чтобы выяснить, подкреплены ли изменения скелетно-мышечной усталости изменениями в моторном контроле и когнитивной усталостью. Исследователи ожидают, что величина эффекта между RALS и LS составит 0,85, и поэтому будут использовать данные группы 31/группа для изучения этого эффекта. Априорный расчет мощности будет использоваться для расчета требуемого размера выборки с использованием G*Power 3 (22). Консервативно, было выбрано меньшее из трех значений для расчета мощности (величина эффекта 0,82). Предполагая, что d Коэна составляет 0,82, требуется 40 участников в группе для 90% мощности для обнаружения различий между группами при альфа 0,05.

Статистический анализ. Чтобы определить различия в скелетно-мышечной и когнитивной усталости в RALS и LS, будет использоваться смешанная модель ANOVA или непараметрический эквивалент. Данные и выводы, полученные в конце исследования, послужат основой для рекомендаций как в научной литературе (публикации), так и для распространения на конференциях ближе к концу проекта (см. диаграмму Ганта). Исследование является платформой для разработки веских аргументов в отношении долгосрочного влияния на скелетно-мышечную систему хирургов, выполняющих операции с минимальным доступом в RALS.