Haptic Force Feedback in Training for minimally invasive Surgery – Entwicklung und Validierung eines Laparoskopie-Simulators mit haptischem Vibrationsfeedback zum Training der adäquaten Kraftausübung.

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Einleitung Eine Herausforderung der laparoskopischen Chirurgie ist das verminderte haptische Feedback. Dennoch ist das Training eines adäquaten Umgangs mit Gewebe, dem sogenannten „Tissue Handling“, in der Grundlagenausbildung für minimalinvasive Chirurgie defizitär. Ziele Das Ziel unseres Projektes war die Entwicklung eines Trainingssystems, das dem Operateur dessen Kraftaufwand bei laparoskopischen Übungen als haptisches Feedback (mittels Vibration) widerspiegeln kann. Ein weiteres Ziel war die Evaluierung verschiedener haptischer Feedback- Modalitäten in ihrer Effizienz bei der Vermeidung von übermäßiger Krafteinwirkung. Methodik Durch Verwendung einer Messplattform für die dreidimensionale Krafteinwirkung in einem Standard- Boxtrainer kann die, durch die Instrumente einwirkende, Kraft erfasst werden (Abb. 1). Über einen angeschlossenen Mini-PC kann die Krafteinwirkung analysiert und an die chirurgischen Instrumente mittels drei verschiedener Vibrationsfeedbacks (Tabelle 1) zurückgemeldet werden. Die anschließende Validierungsstudie wurde im Crossover-Design angelegt, so dass alle Probanden jeweils 2 Übungen (PEG-Transfer, laparoskopische Naht) mit jeweils allen drei Feedbackmodalitäten und ohne Feedback (Abb. 2) in randomisierter Reihenfolge durchführen mussten. Endpunkte waren die Krafteinwirkung unter verschiedenen Feedback-Modalitäten und die Häufigkeit des Überschreitens einer kritischen Kraft von 2 N. Ergebnis Ein Prototyp zur Kraftmessung und -wiedergabe wurde erfolgreich entwickelt. Anschließend wurden insgesamt 29 ProbandInnen (8 ChirurgInnen, 21 StudentInnen) in eine vorläufige Validierungsstudie eingeschlossen. Unter der Feedback-Modalität 2 zeigten sich bei der laparoskopischen Naht-Übung ein signifikant reduzierte, durchschnittliche Krafteinwirkung verglichen mit anderen Feedbacks oder keinem Feedback (Tabelle 2). Wenn gleich nicht signifikant, zeigte diese Feedback-Modalität auch beim PEG-Transfer bezüglich durchschnittlicher und maximaler Krafteinwirkung die geringsten Werte. Interessanterweise führte in beiden Übungen das Ausbleiben eines Feedbacks zu der höchsten maximalen und in der Nahtübung auch zur höchsten durchschnittlichen Krafteinwirkung. In beiden Übungen führte das Feedback 2 zu den wenigsten Übertretungen der kritischen Grenze von 2 N, jedoch war dies ebenfalls nicht signifikant (Tabelle 3). Schlussfolgerung Schon im Grundlagentraining für minimalinvasive Chirurgie kann die Krafteinwirkung mittels direkten Vibrations-Feedbacks vermittelt werden. Dabei scheint ein dynamisches Vibrationsfeedback die besten Ergebnisse in Bezug auf die Krafteinwirkung zu ergeben. Das Absolvieren von minimalinvasiven Übungen ohne Feedback tendiert zu einer höheren Krafteinwirkung. Die genaue Auswirkung der Implementierung eines solchen Trainings muss jedoch in randomisierten Folgestudien genauer untersucht werden. Abb. 1 Versuchsaufbau mit (a) Kraftmessplattform (ForceTrap® , Fa. Medishield, Niederlande) (ohne den laparoskopischen Boxtrainer), (b) Steuereinheit und (c) Instrument mit Vibrationssonde (nicht im Bild ist der laparoskopische Box-Trainer). Tab. 1 Definition der verschiedenen Vibrationsfeedback-Feedback-Modalitäten Feedback-Modalität Definition Feedback 1 Doppelvibrationsimpuls bei Kraft> 2 N Feedback 2 Dynamisch ansteigende Vibration von 0.14 N bis 2 N+ Doppelvibrationsimpuls bei Kraft> 2 N Feedback 3 Einfachvibrationsimpuls bei 1.5 N+ Doppelvibrationsimpuls bei Kraft> 2 N Abb. 2 schematische Darstellung des Studienablaufes im prospektiv randomisierten Crossover- Design. Tab. 2 Unterschiede in der durchschnittlichen Kraft- (Ø Kraft) und der maximalen Krafteinwirkung (Max. Kraft) in Abhängigkeit von der Art des Feedbacks. Feedback 1 Feedback 2 Feedback 3 Kein Feedback p-Wert PEG-Transfer Ø Kraft [N] 0.466 0.450 0.476 0.468 >0.05 Max. Kraft [N] 1.68 1.547 1.711 1.728 >0.05 Laparoskopische Naht Ø Kraft [N] 0.686 0.589 0.647 0.723 0.001* Max. Kraft [N] 2.70 2.359 2.35 2.634 >0.05 Tab. 3 Häufigkeit eines Überschreitens der kritischen Krafteinwirkung > 2 N gemessen anhand der Häufigkeit des Doppelvibrationsimpulses. Feedback 1 Feedback 2 Feedback 3 p-Wert PEG-Transfer Häufigkeit Kraft> 2N [n] 0.586 0.207 0.586 p> 0.05 Laparoskopische Naht Häufigkeit Kraft> 2N [n] 5.444 3.500 3.611 p> 0.05 Publication History Article published online: 19 August 2022 © 2022. Thieme. All rights reserved. Georg Thieme Verlag Rüdigerstraße 14, 70469 Stuttgart, Germany

Ce résumé expose les affirmations des auteurs. BNTIC ne l’interprète pas comme une validation indépendante des résultats.