腹腔镜手术期间测量的物理性质进行猪用钳压力传感器

文摘

目标。我们开发了一个独特的训练系统,患者特定的虚拟现实模拟器,腹腔镜肾脏手术。开发仿真器,首先识别物理性质很重要的器官。方法。我们记录了力测量在腹腔镜手术进行猪用钳压力传感器。一些传感器,包括应变仪、加速度计和电位计,附着在钳。结果。在整个实验中,我们测量了反作用力,以应对实时钳运动。结论。实验显示,人类数字化这些物理特性的可能性。

1。背景

腹腔镜手术已成为近年来日益普遍的做法,因为它比传统方法(微创1]。然而,外科医生必须高度熟练的进行腹腔镜手术,因为它是一个最困难的外科技术学习和包括一个陡峭的学习曲线(1]。外科医生执行之前,必须获得腹腔镜技术在手术室腹腔镜(2- - - - - -6]。

飞行和驾驶模拟器,腹腔镜手术模拟器必须提供一个虚拟的然而,准确模拟手头的任务。例如,在一个飞行模拟器,视图和声音在驾驶舱非常真实。一些飞行模拟器也证明加速度。

最新的腹腔镜手术模拟器可以复制整个腹腔镜手术(7- - - - - -9]。一些培训系统,模拟手术过程是商用。这样的系统是很有用的基本训练。他们最初的构想效度关于力和位置传感和能够检测新手和专家之间的差异在腹腔镜缝合任务对力和位置(10,11]。然而,他们不为外科医生提供必要的经验对个体患者的具体情况作出回应。因此,我们开发了一种独特的培训体系,称为PSVR类型模拟器,对腹腔镜手术12- - - - - -15]。使用特定于每个个体患者数据,该系统有助于外科医生的“彩排”操作。我们使用多层螺旋CT成像技术在腹腔镜手术,和CT图像的个人计划接受手术的病人转移到仿真系统(图1)。每个病人的特定器官体积数据提取我们的模拟器允许外科医生进行术前”彩排。“一些PSVR模拟器据报道在商业使用,但没有PSVR模拟器目前泌尿外科领域的(16,17]。

为了使我们的模拟器性能更加“真实”,我们认为是主观感觉的重要性,外科医生感觉而使用它。其他商业手术模拟器验证调整的可变形模型的物理参数和依赖外科医生的主观感觉11,16,17]。这些模拟器可能提供一个反应部队的外科医生类似于某种程度上的实际操作。然而,评估,只有依赖外科医生的感觉是主观的,缺乏客观性。我们的力学模型,基于同步旋转的有限元法(15,18),没有数值验证期间与真正的软组织手术。

解决这些问题,数值数据的收集,如钳的反应力,抓住角度,移动速度是必要的。不幸的是,目前没有这样的测量数据存在。因此,作为第一步,我们记录了力测量在腹腔镜手术进行猪用钳压力传感器。在实验中,我们测量了膜的反应力和扣人心弦的力,肾脏,肝脏和血管。

2。材料和方法

我们开发了一个多通道很少干涉测量装置,外科医生的动作。开发该系统是通过横滨市立大学之间的协作,三菱精度和横滨国立大学(我们的主页:http://www-user.yokohama-cu.ac.jp/泌尿外科/ kenkyu / surgicalsimulatorindex.html)。测量装置见图2和表1。

图2显示了钳和传感器电线。仪器的运行内部传感器电线包装我们用特殊指导当我们插入套管针钳。所以钳是免费的从接触或损失,我们可以观察到精确的测量。

给出了框图如图3。多个传感器(例如,应变仪、加速度计和电位计)附着在钳测量定向力,叶片力,抓力,抓住角,并加速。所有这些参数测量超过0.1 ms和存储在一个硬盘驱动器供以后分析。同步的物理量,如反应部队,与相应的外科手术,我们采用了一个方法来绘制图形重叠图像的量化数据。

我们校准系统,然后检查控制。在这种情况下,我们进行了腹腔镜肾切除术使用多通道测量钳一头猪。

我们做了腹腔镜肾切除术如下:(1)我们的切口腹膜和流离失所的结肠;(2)我们暴露输尿管和肾动脉和静脉;(3)我们暴露肾胶囊;(4 (A))我们用钳肾脏破裂;(5)我们使用手术针缝合肾破裂的;(6)我们解剖后肾动脉和静脉结扎。

期间和肾切除术后,我们测量的反应部队机关如下:(B)我们抓住性腺的静脉;(C)我们在肾动脉;(D)我们把肾静脉;(E)我们把输尿管;我们轻轻地握着肝脏(F);(G)我们抓住肝脏强烈;我们抓住,把肝脏(H);(我)我们轻轻地握着肾脏;(J)我们强烈吸引了肾脏;和我们抓住,把肾脏(K)。

钳用于测量是脆弱的,所以我们用正常钳或能源设备时不把测量。我们收集这些测量三到四次想要得到一个合适的平均反应力以及max反应力。这个实验是由横滨市立大学伦理委员会审查和接受(研究B100902033数量:转换和物理性质的测量由外力器官)。伦理下的实验进行了考虑。

3所示。结果

结果如表所示2。力(N)是决定实验期间的最大力量。

中给出的示例结果数据4和5显示叶片上的反作用力和相应的抓力。绿线代表了定向力,红色的线条代表的抓力,蓝线代表的总和和定向力。叶片的角度显示为紫色的线,和测量与叶片同步打开和关闭,这表明实验数据干扰很小。

(一)肾破裂。外科医生试图通过使用肾脏破裂的封闭的钳。当叶片的尖端推肾、钳收到反应力(绿线)。当我们把肾为4.5 N,它破裂。因此,我们假设肾脏破裂所需的反应部队是4.5 N闭着的定向力钳(图6)。

(B)控制性腺的静脉。当外科医生轻轻地抓住性腺的静脉和强烈,引人入胜的力量达到2和17 N,分别。总共扣人心弦的8 - 15 N的力和3 N拉力的要求(图7)。

(C)的控制,把肾动脉。当我们抓住了肾动脉温柔和强烈阻止血液流动,夹持力达到6和16 N,分别。当外科医生和抓住了肾动脉拉伸,8 - 10 N的夹持力和3 N拉力需要(图8)。

(D)控制,把肾静脉。当我们轻轻地握着肾静脉和强烈阻止血液流动,扣人心弦的力量达到10和16 N,分别。我们抓住,把肾静脉,就撕掉之前,它需要15 - 20 N的夹持力和拉力(图2 N9)。

(E)的控制和输尿管。所需的输尿管10到16 N的夹持力和2 N拉力撕掉(图10)。

(F)的肝温柔;(G)控制肝脏强烈;(H)控制,拉着肝脏。外科医生轻轻地握着肝脏时,钳收到2 - 4 N的力。另一方面,当肝脏外科医生握着强烈时,钳收到18-42 N的力。此外,他可以撕下肝脏通过引人入胜的钳与26 N的力和拉9 N的力(图11)。

(我)轻轻地握肾脏;(J)控制肾脏强烈;(K)控制,拉着肾脏。外科医生轻轻地握着肝脏时,钳收到10 - 13 N的力。另一方面,当肝脏外科医生握着强烈时,钳收到11到18门N的力。此外,肝脏被撕掉12 N的夹持力和拉力(图4 N12)。

4所示。讨论

当外科医生将肾动脉、肾静脉,性腺的静脉,和输尿管撕裂,之前收到的钳大扣人心弦的力量。因此,我们认为:肾动脉熊10 N的夹持力和3 N拉力;肾静脉熊20 N的夹持力和拉力的2 N;性腺徒劳的熊15 N的夹持力和3 N拉力;和输尿管熊16 N的夹持力和2 N拉力。这些发现表明如果外科医生掌握和把肾动脉,肾静脉,性腺的静脉,或输尿管,而约,每个能抵抗手术在某种程度上。阻止血液流动在一个操作,我们必须知道血压和血管的属性。这些属性可能被病人年龄或改变历史19),所以我们需要进行更多的实验。

我们抓住,把肝脏和肾脏,测量它们的属性和确定他们的力量扯掉,肝脏的边缘是平的,而肾脏是圆的,所以肝脏外科医生可以很容易地控制以更少的扣人心弦的力量。然而,需要更多的力量来撕掉。这表明肝脏与肾脏坚不可摧。

图6表明,肾脏破裂,例如,外科医生强烈吸引了钳钳推到肾脏。他最初吸引了钳太强烈了。红线了8 N的力。后他习惯处理钳,熟悉所需权力的适度控制,推动肾脏,夹持力倾向于减少(红线显示2 N的力)。夹持力增加到4 N的破裂,外科医生握着钳强烈,因为他注意到突然休克肾破裂时。

这些发现表明,运营商往往夹紧钳强烈,当他注意到的突然冲击钳。因此,它可能会使用武力的检测算子的技能水平由于初学者往往夹紧钳强劲。扣人心弦的力量以及移动速度或加速度可能是操作员熟练的迹象。因此,运营商可以评估和得分之间的外科技术。事实上,吉田等人研究了钳力和应用程序时间,和他们的研究结果表明,专家应该尽量保持手术领域内的工具提示(20.]。国民等人还表明,部队指标能够提供更强的相关性与经验比任务完成时间或基于位置的指标(11]。

许多实验试图检测器官的属性或材料使用的设备或其他类型的设备(10,11,19- - - - - -24]。执行许多其他实验时用金属圆筒干燥箱,我们的实验是在一个真正的手术环境和真正的钳,可以测量扣人心弦的力量,定向力和叶片的角度。在这里我们使用Maryland-type手术钳。如果刀片的形状改变,定向力或紧握力可能会改变。事实上,它已经表明,15 N的力是需要用橡皮板破坏肝组织(21),而我们的实验数据显示,30-42 N需要破坏肝组织和26日需要撕掉。

一些实验与实际执行钳和死猪器官(20.,23]。这些引人入胜或定向部队承担的扣人心弦的处理的角度和力传感器连接到钳轴或处理。另一方面,我们不仅动态传感器连接到轴和处理而且叶片的尖端。因为我们的钳直接检测夹持力轴和叶片的定向力,我们的结果都是免费的噪音功能。此外,我们可以使用钳在真实的环境中,可以插入套管针在腹腔镜手术,使其在技术上可能进行这样的实验在人类身上。然而,有相关的伦理问题。当然,我们也应该做这种试验在干燥箱调整我们的模拟器和补充短缺的实际实验。我们从来没有一个意图执行我们的实验在人类身上,但我们可能做这种试验在干燥箱使用提取器官癌与病人的协议。在这种情况下,我们将比较猪与人类的测量数据和提高模拟器的传感器。当然,这个实验并不能提高我们的“患者特定的“模拟。 However, this acquired data improves general sensation or action of our simulator and is efficacious for good compulsory training programs. As such we believe that our result is realistic and will lead to a more “real” simulation experience.

5。结论

我们记录的力测量在腹腔镜手术进行猪用钳压力传感器和执行一个腹腔镜肾切除术猪通过使用多通道测量钳。钳测量的定向力,叶片力、抓力,抓住猪角内的实际操作情况。实验显示,人类数字化物理性质的可能性。

缩写和首字母缩写

CT:	计算机断层扫描
PSVR:	病人具体的虚拟现实。

伦理批准

这个实验是由横滨市立大学伦理委员会审查和接受(研究B100902033数量:转换和物理性质的测量由外力器官)。

信息披露

作者无意执行实验在人类身上。

利益冲突

理事长绪方Yamanaka Makiyama、大阪、Nagasaka,山田,日本久保田公司没有披露利益冲突或财务关系。

作者的贡献

山中)的概念,设计和起草。Kazuhide Makiyama参与研究的设计和修改。)Yamanaka Kazuhide Makiyama Kimito大阪,Manabu Nagasaka,和理事长绪方Masato收集和组装数据。Manabu Nagasaka、理事长绪方Masato和孝宏山田开发在这项研究中使用的设备。位于日本久保田公司研究的构想,并帮助起草。所有作者阅读和批准了期末论文。Kazuhide Makiyama Kimito大阪,Manabu Nagasaka,理事长绪方Masato孝宏山田,和Yoshinobu日本久保田公司贡献了同样的工作。

承认

这项工作是支持的科学家(没有补助金。从日本30550347)促进社会科学。

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