3D腹腔镜对初学者学习腹腔镜基本操作技能的有效性研究*

徐汉江，梁朝朝，周骏，郝宗耀，叶元平，刘祎

（安徽医科大学第一附属医院泌尿外科，安徽合肥230022）



3D腹腔镜对初学者学习腹腔镜基本操作技能的有效性研究*

徐汉江，梁朝朝，周骏，郝宗耀，叶元平，刘祎

（安徽医科大学第一附属医院泌尿外科，安徽合肥230022）

摘要：目的评估3D腹腔镜与2D普通腹腔镜在腹腔镜初学者学习腹腔镜基本技能时的影响。方法18名腹腔镜初学者采用最新的3D偏正立体显示腹腔镜系统依次完成4项基本腹腔镜操作试验，每项操作需重复8次，分别记录每次的完成时间和错误次数。结果外科初学者在3D模式下与2D模式下相比，完成每项试验的平均时间和错误次数均明显下降，初学者采用3D系统完成整个试验的平均时间为3 343.24 s，采用2D系统则为4 151.88 s，采用3D系统使初学者的平均操作时间提高了19.47%。初学者采用3D系统的平均总错误率为77.41次，2D系统为138.64次，使用3D系统时初学者的错误率减少了44.16%。结论先进的偏正3D腹腔镜系统明显提高了腹腔镜初学者学习腹腔镜基本操作技能的能力。

关键词：腹腔镜技术；3D技术；腹腔镜训练；学习曲线

腹腔镜技术的出现使外科技术向前跨出了一大步，腹腔镜手术已成为外科手术发展的趋势。但是由于传统腹腔镜图像是单眼视觉图像，即2D（二维）图像，对常在立体视野中手术的外科医师来说很不习惯，没有深度感，需要经过长期的严格训练才能适应，术中定位不得不依赖内镜器械去触碰组织或凭借观察器械上的标志来判别，可能会减慢手术操作，增加手术时间，还可能伤及组织器官。一名外科医师需要经过广泛严格的腔镜训练和平坦的学习曲线，才能安全熟练的完成腹腔镜手术。这些缺陷降低了外科医师对于腹腔镜手术的兴趣，限制了腹腔镜技术的顺利开展［1］。近几年，3D腹腔镜的出现，可能弥补上述缺陷。其还原了真实视觉中的3D立体手术视野，手术视野放大约4倍，相当于术者在患者体内操作，可以在各种脏器之间查找有病变的部位，再进行精确的切除及重建。因此，可以最大限度地减少血管、神经的损伤，较常规腹腔镜进一步减少出血、减少手术并发症，缩短手术时间［2-6］。本研究的目的是评估最新的采用被动式偏光立体显示技术的3D腹腔镜和2D腹腔镜对初学者学习腹腔镜基本操作的影响。

1　资料与方法

1.1一般资料

选择18名腹腔镜初学者参与此次研究，所有参与者均为男性，平均年龄为25周岁，此前均无相关腹腔镜操作经验。所有参与者均视力正常或矫正视力正常。

1.2方法

1.2.1环境及设备参数在我院手术室内进行，环境照明条件相同。3D腹腔镜采用Viking3D腹腔镜手术系统，2D腹腔镜采用德国STORZ高清腹腔镜手术系统。

1.2.2试验方法所有参与者随机分成两组，一组首先进行3D腹腔镜下学习腹腔镜基本操作，然后在2D腹腔镜下完成相同的操作，见图1；另一组相反。每位参与者要求完成每项操作8次，分别记录每次操作的时间和错误次数。每位参与者开始前可以熟悉每个试验2次，所有的参与者执行试验的顺序相同，试验条件相同。每项试验的技能及相关错误的定义描述如下［4，7］：

试验一（拾豆试验）：将5枚大小不等的豆子从一个直径5.0 cm的盘内移动到15.0 cm外的一个开口为1.0 cm的试管内。移动过程中需要左手夹取豆子后传递至右手。传递过程中豆子掉落或未准确放入试管内记为错误。

试验二（剪纸试验）：剪纸实验涉及一个宽1.0 cm 长12.0 cm的纸质条带，每5个等距标有一条宽为3.0 mm黑色条纹。操作者左手持抓钳，右手持剪刀。每个参与者要求沿条纹剪至少一半宽度。如果剪出条纹外则记做一次错误。

试验三（带线走针试验）：操作者右手持持针器，左手持分离钳，将一根长约20.0 cm的带针缝线依次穿过预先编号的小孔，小孔直径约3 mm。操作过程中每次尝试穿孔操作失败均记为依次错误。

试验四（缝合打结试验）：选用一根长15.0 cm 的3-0的带针缝线，缝合模拟切口，并打一个外科结和两个单结。每次未夹住针、绕线和打结失败均记为一次错误。

1.3统计学方法

采用PASW.18版本软件进行统计学分析，操作时间符合正态分布，并对因变量采用t检验。错误率数据呈正偏态分布，采用非参数Wilcoxon秩检验。检验水准α=0.05。

2　结果

所有操作试验结果均表明使用3D腹腔镜系统的操作时间有明显地减少，错误率也明显降低。附表总结了初学者使用3D和2D系统进行1～4项试验时的平均时间。

如图2所示，每项试验的重复试验表明，初学者使用3D系统明显提高了操作能力，操作时间明显降低。前3个试验相对较简单，完成时间相差不大，学习曲线也相对平行，第4个打结试验相对难度较大，完成时间明显较长，2D系统的学习曲线也明显较平缓。

如图3所示，初学者采用3D系统完成整个试验的平均时间为3 343.24 s，采用2D系统则为4 151.88 s，采用3D系统是初学者的平均操作时间提高了19.47%。初学者采用3D系统的平均总错误率为77.41次，2D系统为138.64次，使用3D系统时初学者的错误率减少了44.16%，见图4。

附表　3D和2D模式下每项试验的平均每次操作时间（s，±s）

附表　3D和2D模式下每项试验的平均每次操作时间（s，±s）

组别3D 2D P值拾豆试验　　剪纸实验48.18±14.48　70.98±27.00 54.54±19.25　81.98±34.02 0.000　0.000带线走针试验　　打结试验123.79±50.70　174.85±68.00 142.33±59.62　240.13±72.14 0.030　0.000

图1　相关试验

图2　每项试验每次完成的平均时间

图3　完成整个试验总时间

图4　完成整个试验错误次数

3　讨论

这项研究结果表明，初学者使用立体显示器与使用普通2D显示器相比有明显的优势。不论是完成时间和错误次数均明显降低，尤其对于相对复杂的操作（带线走针试验、打结试验），这种优势更加明显，能明显降低学习难度。这些相对复杂的操作要求操作者对操作对象有更加精确的空间判断能力，而使用偏正立体显示器增加了对深度的判断，意味着操作者能够更加精确的进行腹腔镜操作。

腹腔镜手术的一些不足如杠杆效应和降低触觉反馈，以及传统的平面显示图像已被认为是腹腔镜手术与开放手术相比的主要缺点［3，8-9］。这些缺点迫切需要外科医生的刻苦训练以及先进的显示技术的发展。

三维立体成像系统在20世纪90年代开始被用于微创外科辅助治疗，但由于早期的3D腹腔镜需医生佩戴头套式显示器，操作不便，移动时图像会变得模糊不清，分辨率低以及术后视觉疲劳严重，造成头痛等不适［10］，临床应用推广受限。近几年，无源偏振3D腹腔镜的出现，3D视觉效果更加真实，同时，术后视觉疲劳程度、头痛以及躯体不适发生率等也有不同程度的降低。在此次研究中，3D腹腔镜操作者普遍反映存在视觉疲劳和头痛等不适，但均未出现早期3D系统的对图像不能耐受的问题。所有的参与者均认可在使用3D显示器时在深度判断上有优点，均认为更有利于腹腔镜基本技术的学习。

由于3D显示系统能改善学习曲线中各个阶段的表现，笔者认为其可能有利于受训者实施更加安全的手术操作，促进腹腔镜技术的推广。国内有文献报道，在如上尿路重建手术、前列腺癌根治术等高难度手术中，3D腹腔镜系统更加有利于输尿管、膀胱颈与尿道的精确吻合，术后尿漏、输尿管狭窄和尿道狭窄等相关并发症明显减少，这正是3D技术对腹腔镜手术最大的贡献［11-12］。自2012年12月3D腹腔镜进入中国后，在我国多家医院如北京协和医院、安徽医科大学附属第一医院、中山大学孙逸仙纪念医院和华中科技大学同济医院等进行了初步应用，使用者一致认为，纯3D腹腔镜系统视野清楚、立体定位准确，适用于各种外科腹腔镜手术，特别是高难度手术，有较好的应用前景［12-15］。此次研究是对腹腔镜初学者的研究结果，笔者下一步的研究是调查对于腹腔镜经验丰富的外科专家上述优势是否仍然明显。

参考文献：

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［2］PATEL H R，RIBAL M J，ARYA M，et al. Is it worth revisiting laparoscopic three-dimensional visualization？A validated assessment［J］. Urology，2007，70（1）: 47-49.

［3］HUBBER J W，TAFFINDER N，RUSSELL R C，et al. The effects of different viewing conditions on performance in simulated minimal access surgery［J］. Ergonomics，2003，46（10）: 999-1016.

［4］JOURDAN I C，DUTSON E，GARCIA A，et al. Stereoscopic vision provides a significant advantage for precision robotic laparoscopy［J］. Br J Surg，2004，91（7）: 879-985.

［5］BLAVIER A，NYSSEN A S. Influence of 2D and 3D view on performance and time estimation in minimal invasive surgery［J］. Ergonomics，2009，52（11）: 1342-1349.

［6］SMITH R，DAY A，ROCKALL T，et al. Advanced stereoscopic projection technology significantly improves novice performance of minimally invasive surgical skills［J］. Surg Endosc，2012，26（6）: 1522-1527.

［7］WAGNER O J，HAGEN M，KURMANN A，et al. Three-dimensional vision enhances task performance independently of the surgical method［J］. Surg Endosc，2012，26（10）: 2961-2968.

［8］GALLAGHER A G，RITTER E M，LEDERMAN A B，et al. Video-assisted surgery represents more than a loss of three-dimensional vision［J］. Am J Surg，2005，189（1）: 76-80.

［9］RISUCCI D，GEISS A，GELLMAN L，et al. Surgeon-specific factors in the acquisition of laparoscopic surgical skills［J］. Am J Surg，2001，181（4）: 289-293.

［10］HANNA G B，SHIMI S M，CUSCHIERI A. Randomised study of influence of two-dimensional versus three-dimensional imaging on performance of laparoscopic cholecystectomy［J］. Lancet，1998，351（9098）: 248-251.

［11］梁朝朝，周骏. 3D腹腔镜技术在上尿路重建手术中应用的初步探讨［J］.临床泌尿外科杂志，2014，6（6）: 471-473.

［12］刘皓，林天歆. 3D腹腔镜下根治性膀胱前列腺切除术的初步经验［J］.中华泌尿外科杂志，2013，34（10）: 767-770.

［13］黄键.跟进国际微创技术发展，积极开展3D腹腔镜手术［J］.中华泌尿外科杂志，2013，34（10）: 725-726.

［14］梁朝朝，周骏. 3D腹腔镜技术在泌尿外科的应用［J］.微创泌尿外科杂志，2013，2（3）: 161-162.

［15］梁朝朝，周骏. 3D腹腔镜技术在泌尿外科的初步应用［J］.中华腔镜泌尿外科杂志:电子版，2013，7（6）: 413-414.

（张立芳编辑）

3D Laparoscopy promoted the novice surgeon's performance of laparoscopic surgical skills*

Han-jiang Xu，Chao-zhao Liang，Jun Zhou，Zong-yao Hao，Yuan-ping Ye，Yi Liu
（Department of Urology，the First Affiliated Hospital of Anhui Medical University，Hefei，Anhui 230022，China）

Abstract：Objective To compare the last generation of 3-dimensional imaging（3D）vs standard 2-dimensional imaging（2D）laparoscopy on the effect of novice surgeon performance of minimally invasive surgical skills. Methods 18 novice surgeons performed 8 repetitions of 4 surgical skills tasks using a new passive polarising stereoscopic display under 3D and 2D conditions. The previously validated tasks used were pick beans，paper cut，pass the curved needle and knot tying. Outcome measures included total error rate and time for task completion. Results Novice surgeons demonstrated a significant reduction in error rates and a significant improvement in mean time for all the tasks using the 3D laparoscopy compared with the 2D laparoscopy. The mean time for novice surgeons to complete the entire protocol was 3343.24 s using 3D and 4151.88 s using 2D. This represents an improvement in mean performance time of 19.47%when novice surgeons used the 3D system compared with the 2D system. The mean number of errors performed by novice surgeons completing the entire protocol was 77.41 using 3D and 138.64 using 2D. This represents a 44.16%reduction in mean error rate when novice surgeons used the 3D system compared with the 2D system. Conclusion Passive polarising 3D displays significantly improve the novice surgeon performance during acquisition of laparoscopy surgical skills.

Keywords：laparoscopy skills；3D technique；laparoscopic training；learning curve

中图分类号：R192.3

文献标识码：A

DOI：10.3969/j.issn.1007-1989.2016.04.007

文章编号：1007-1989（2016）04-0027-04

收稿日期：2015-06-26

*基金项目：卫生部国家临床重点专科建设项目（No：2012）；安徽省科技攻关项目（No：12010402128）

［通信作者］梁朝朝，E-mail：Liang_chaozhao@163.com；Tel：0551-62923861