胸外科医生机器人手术培训模式:瑞金医院单中心研究

上世纪 90 年代,胸腔镜的出现为胸外科带来了一次技术革命,使得胸外科手术进入微创时代。目前,胸腔镜辅助胸外科手术(video-assisted thoracoscopic surgery,VATS)已足够成熟并被大多数胸外科医生掌握。有研究[1]结果显示,相对于传统手术方式,胸腔镜手术在不降低治疗效果的情况下,可以给患者带来更少的创伤与痛苦,缩短患者恢复时间,减少术后并发症。在医疗界被公认为目前胸外科微创手术的最佳选择,安全性也已经得到了广泛认可。然而,由于胸腔镜手术具有较长的学习曲线,在复杂胸外科手术中对技术的要求更高,其广泛应用受到了部分限制。在此背景下,机器人手术系统应运而生。

达芬奇机器人系统由医生控制台、床旁手术机械臂系统及成像系统三部分组成[2]。它完全颠覆了主刀医生必须亲自通过手术器械直接在患者身上操作的传统,使主刀医生可以“远离”患者,坐在控制台前,舒适操纵机器人机械臂为患者手术。达芬奇机器人手术系统无疑是继腔镜手术之后微创手术的又一飞跃,但它“切断”了主刀医生和患者的直接联系,因此对助手的塔台管理能力和手术台操作能力有较高的要求。同时,术中紧急情况的处理也要求整个手术团队具备较高的默契程度。

虽然机器人辅助胸外科手术的数量在持续增加,但目前尚无公认的机器人操作培训标准。而现实中,在接触达芬奇机器人的初期,部分医生容易因为对机器人性能和操作的不熟练而导致患者出现不必要的副损伤和手术并发症[3]。因此,对外科医生及手术室团队进行相关培训显得尤为重要。作为达芬奇手术机器人中国胸外科临床手术教学示范中心,我们将总结我中心对胸外科医师进行达芬奇机器人手术训练的方法。

1   培养对象与方法

1.1   培养对象

2015 年 5 月至 2019 年 12 月,我科对在职的各年资共 13 位医生分阶段进行达芬奇机器人手术培训。正高职称 1 名,副高职称 4 名,主治医师 5 名,住院医师 3 名,其中男 12 名,女 1 名,年龄 32~45 岁。

1.2   培养目标

基于达芬奇机器人手术在胸外科领域的不断发展,我们制定了培训目标:副主任以上医师具备达芬奇机器人操作主刀资格证,并顺利完成达芬奇机器人辅助肺及食管手术;主治及住院医师具备达芬奇机器人助手资格证,并顺利完成各类型胸外科手术的助手工作。

1.3   培训方法

1.3.1   教师资源

上海达芬奇手术机器人国际培训中心三位培训师负责机器人模拟训练的指导,教材为达芬奇机器人官网培训资料及题库。此外,我科李鹤成主任作为机器人手术实践的指导教师,负责实际手术过程中的操作指导、手术录像点评和总结。

1.3.2   理论学习

在上机培训前期,受训医生需要进行网络在线理论课学习,主要内容为机器人的基本理论、概念及设备功能的认知和掌握,并结合胸外科专业知识,了解达芬奇手术适应证、术前准备、患者体位和手术系统的放置、切口选择、手术步骤及术中紧急情况的处理等。此外,着重学习操作指令、基本故障排除、设备参数等相关知识。学习完成后将采用网上测试来验证学习结果,重点考察机器人操作方法和常见故障排查。

1.3.3   模拟培训

由达芬奇机器人培训师或获得达芬奇手术资质的医师进行手把手教学,在模具上学习装机、打孔、镜头及手术器械安装等知识,熟练掌握机械臂不同按钮的作用以及调整原则。熟悉达芬奇机器人控制台的操作,通过机器人操作平台的专业训练程序进行模拟器训练。模拟器训练是达芬奇机器人培训中的重要组成部分[4],受训人员可在技能实验室或虚拟现实(VR)模拟环境中对控制台的基本操作(如镜头、踏板、手指控制)进行练习。熟悉基本操作后,受训者可通过模拟系统进行手术技能培训,如操控机械臂进行穿针过环、缝合、打结、电能量器械的使用等。这些模拟不仅提供了初始技能训练平台,还提供了技能评估等功能,每次测试后的得分将直观显示受训人员的熟练度。

此外,还有一些 VR 技术模拟器,比如 RoSSTM、dV-TrainerTM、Robotix mentorTM[5],这些模拟器都经过了专业评估,其有效性得到了肯定[6]。除了具有基础培训技能外,大多数模拟器现在都有程序特定组件,这使得受训者能够使用定制视频来实时模拟所需的特定动作。受训者坐在控制台上观看正在进行操作(如机器人肺叶切除术)的视频,同时控制台器械臂随手术医生移动。一旦记录了运动,受训者就可以模仿外科医生的动作并实时操作手术器械。这使得控制台上的外科医生能够习得更深入的控制台操作技能。

1.3.4   实物训练

模拟器训练完成后学员即可利用达芬奇机器人进行实物操作。实物训练的模具包括套圈、仿真血管及动物器官组织等。通过操作机器人机械臂对实物道具进行缝合、钳夹等基本操作,增加熟练度和手眼协调性,感受机械臂操作力度,为后面在活体动物上的操作打下坚实的基础,减少因不必要的操作损伤而导致的实验动物浪费。在每个项目完成后,辅导老师需根据完成情况打分并提出需改进的地方。

1.3.5   动物模型训练

实物训练后,我们将组织学员在活体动物上进行进阶训练,以更好地提升机器人操作水平[7]。其中猪和狗是较常见且适合模拟手术训练的动物模型,其胸腔器官如肺、食管等都与人类相近。从机械臂的安装到 Trocar 的放置,都由受训者自行完成。在动物模型的训练中,受训者可以进行活体组织的切割、钝性分离、血管的游离和结扎,并针对性地对本专业手术器官(肺、食管等)进行真实的手术操作。而在真实动物器官或结构上的练习,可更为直观地感受机械臂精细操作的幅度和力度,反复多次操作可形成一定的肌肉记忆,大大提高手术成功率,降低诸如出血以及机械臂牵拉伤的几率。此外,对于血管破裂出血等紧急情况,也将由主刀及助手配合操作机器人进行按压或缝合止血,这样能有效增加处理术中紧急情况的能力和经验。尤其对于接受机器人主刀培训的医生而言,在动物模型上的训练效果将被评估,合格者可获得达芬奇机器人手术的主刀资格。但是由于活体实验动物较为昂贵,也可选择动物尸体或动物器官进行训练。

1.3.6   手术室观摩及视频分析

本中心定期举办达芬奇机器人学习班,通常在同一手术日安排 4~5 台机器人手术,并安排其中 1~2 台给受训医生亲自操作练习。除了本院医生,我们也邀请各地达芬奇机器人手术医师进入手术室现场教学及答疑。我们认为在手术室现场观看机器人手术可以在手术过程中与主刀医生沟通交流,尤其是观摩不同医生对于手术孔位、器械使用的经验和技巧,取长补短。一项来自荷兰的研究[8]也表明,一次性观摩更多的手术,效果更佳。此外,我们要求每位受训医师将自己作为主刀的工作进行录像和剪辑,并且每月组织一次机器人手术录像点评会,让每位术者对各自的机器人手术录像进行展示,旁观者参与点评及讨论。通过这种方法,可以更快地汲取他人经验,提高技术。此外,也不定期组织观摩国内外知名专家的机器人手术视频,取长补短。

2   结果

至 2019 年 12 月底,我科获得达芬奇机器人主刀资格在职医师新增 4 位,获得助手资格在职医师新增 9 位。目前我科已累计开展各类达芬奇机器人手术近 1 200 例。其中 4 位新晋机器人主刀医师目前年达芬奇机器人手术量约为 20~54 例,主要以肺叶及单一肺段切除为主,每阶段学习时间见表1。学习曲线大约为 41~55 例(图1)。各时间段完成手术情况见表2表1 4 位主刀医生各阶段训练情况表选项图1 4 位主刀医生学习曲线图

a:医生 1 共完成 107 例手术,学习曲线 55 例;b:医生 2 共完成 70 例手术,学习曲线 44 例;c:医生 3 共完成 157 例手术,学习曲线 41 例;d:医生 4 共完成 85 例手术,学习曲线 51 例图选项表2 4 位主刀医师不同时间段完成手术例数(例)表选项

3   讨论

随着机器人手术在各领域不断开展,制定培训策略,并对医生进行标准化的训练已迫在眉睫。为了患者能从机器人手术当中获益,我们认为,只有训练合格的医生才可以将机器人手术用于治疗患者。因此,我院机器人培训严格遵循理论-模拟练习-实践练习的方法循序渐进,取得了不错的培训效果。有研究[9]表明,理论-实践的阶梯式培训,其效果要明显优于直接上机训练。理论知识的学习将有助于缩短学习曲线,为术中意外情况的发生和处理提供依据;而实践操作的熟练度,也直接与患者围手术期并发症及预后息息相关。

目前国际国内通用的培训方法大多是遵循理论学习、模拟器练习及动物模型练习的流程[10]。但本中心在上述学习流程完成之后,创新性地增加了定期手术观摩及手术视频分析两项学习方式。其中定期邀请国内知名机器人手术专家现场手术演示,可以让学员近距离观摩手术操作,在手术过程中提出问题,并由专家进行一一解答,从而达到相互学习,取长补短的目的。视频分析则能有效地对手术过程中出现的问题或不足加以总结,避免今后手术过程中出现相似的错误。这两项举措也是本中心根据自身实际情况制定的培训措施,有效缩短了学习时间。

基于上述培训措施的有效开展,我科各位主刀医师迄今已完成超过千例的达芬奇机器人手术。我们在对达芬奇机器人手术的学习曲线进行分析时发现,机器人的操控难度并没有想象中那么“高不可攀”,年轻医生经过培训后,完全可作为助手参与机器人术前装机、打孔等简单操作。凯瑟琳斯隆纪念医院的一项问卷调查[11]显示,大部分外科医生都认为住院医师期间是学习机器人手术技术的最佳时机。而对于熟练掌握胸外科手术技巧的外科医生来说,由于具备较好的胸腔镜手术技术,在经过以上培训后,年资较高的医生均能较为熟练地进行达芬奇机器人手术操作。仅以胸外科较为复杂的解剖性肺段切除手术为例,我中心具有 10 年主刀资格以上的医师在经历约 21 例手术的学习后,即可进入手术技能巩固阶段[12]。但胸腔镜手术与机器人手术仍存在差别,由于主刀医生远离手术台,因此对于术中出血的处理,需与助手有明确的计划和分工,并事先经过一定的模拟训练。我们相信随着机器人手术培训的不断规范化,达芬奇机器人手术的学习曲线也将不断缩短。

随着科技的不断发展,未来必将涌现更多种类的手术机器人。但无论何时,严格规范的训练都将是快速熟练掌握机器人手术技术的最佳方式。因此,机器人操作培训标准必将得到进一步规范。我中心总结的理论学习-模拟器练习-实践练习-动物模型练习-手术观摩-录像分析的培训方式行之有效,适合各级别胸外科医师进行学习,也有望为将来制定统一的机器人培训方案提供依据。

利益冲突:无。

作者贡献:杨溯、郭威负责实施项目,撰写论文;吴晗、陈醒狮负责搜集资料,查阅文献;项捷负责参与手术培训及理论教学;李鹤成负责手术培训及教学,提出研究思路,审定论文。

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