基于人因工程評價系統對經臍入路腹腔鏡手術可轉向器械的評估①

陸佳軍，徐安安，黃 瑞，彭建佩，朱江帆

(1.嘉興市第一醫院，浙江 嘉興，314000；2.同濟大學附屬東方醫院)

基于人因工程評價系統對經臍入路腹腔鏡手術可轉向器械的評估①

陸佳軍1，徐安安2，黃 瑞2，彭建佩2，朱江帆2

(1.嘉興市第一醫院，浙江 嘉興，314000；2.同濟大學附屬東方醫院)

目的：評估經臍入路腹腔鏡手術(transumbilical endoscopic surgery, TUES)中的可轉向器械。方法：使用SILS Port、腹腔鏡模擬訓練箱及壓力傳感系統建立基于人因工程評價系統的TUES測試平臺。分別在傳統直器械平行操作組(A組)、可轉向器械平行操作組(B組)及可轉向器械交叉操作組(C組)進行穿孔與打結實驗。每組分別完成穿孔與打結實驗各10次。用壓力傳感系統采集數據，將采集所得數據進行分析比較。結果：穿孔實驗中，三組操作拇指掌側面總體壓力差異有統計學意義(P<0.05)，且兩兩相比差異均有統計學意義(P<0.05)，A組壓力最大，B組次之，C組最小；三組操作環指掌側面總體壓力間差異有統計學意義(P<0.05)，但A組、B組間差異無統計學意義(P=0.218)。打結實驗中，三組操作拇指掌側面、環指掌側面總體壓力差異均有統計學意義(P<0.05)；A組拇指與無名指掌側壓力最大，C組次之，B組最小。結論：與傳統直器械相比，TUES術中應用可轉向器械可有效減少術者術中的疲勞程度、提高手術舒適度；進行不同難易程度操作時，需要合理選擇不同可轉向器械操作方式，以達到省力的目的。

腹腔鏡檢查；經臍入路；人因工程學；可轉向器械

經臍入路腹腔鏡手術(transumbilical endoscopic surgery，TUES)是將光源與器械通過臍部單一狹小孔洞置入腹腔，操作時器械間近乎平行，因此器械間不可避免地會產生外部沖突、內部沖突與三角關系缺失等難題[1]。要解決上述難題，需對器械進行改進。可轉向器械的出現，在一定程度上解決了上述難題，但因操作方式不符合術者的常規思路，操作時具有一定難度，往往引起術者過早疲勞。人因工程即探索人的行為、能力、限度及其他特征的各種信息，并將它們應用于工具、機器、工作、環境的設計中，使人們對它們的使用更具價值、安全、舒適度與高效性[2]，因此采用人因工程學的方法可為TUES器械設計與改進提供必要的參考依據。本實驗基于人因工程學，采用同一TUES操作平臺，分別測量穿孔與打結實驗主操作手的拇指、環指掌側面壓力，將可轉向器械與傳統直器械進行比較，并將可轉向器械平行操作與交叉操作進行對比評估，為TUES操作器械改進提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 實驗操作平臺(圖1) 200型腹腔鏡模擬訓練箱，訓練箱面板模擬腹腔材料為三元乙酊海綿(上海瑞紅實驗室設備有限公司產品)。模擬腹壁材料中置入TUES器械置入裝置SILS Port(美國Covidien公司)。操作器械包括傳統腹腔鏡直器械(杭州醫達公司)與腹腔鏡可轉向器械(SILS Kits，美國Covidien公司)。實驗用線為1號(4 METRIC)愛惜康慕絲線(絲線編織非吸收性縫線，強生(中國)醫療器械有限公司)。自制操作板，將大小、形狀相同的金屬環固定于操作板底部。于操作者主操作手拇指與環指掌側面各放置一個壓力傳感器(FSR Model 400，Interlink Electronics公司)，手指的壓力使壓力傳感器發生形變，傳感器將形變信號轉換為電信號，由LabVIEW編程系統(美國NI公司)采集，并將采集得到的電信號轉換為數字信號，導入EXCEL表格。

1.2 實驗分組 A組：傳統腹腔鏡直器械平行操作；B組：可轉向器械平行操作；C組：可轉向器械交叉操作。每組分別完成穿孔實驗與打結實驗，每組操作10次，每次選擇的實驗組分別由隨機數字表產生的對應秩次1、2、3順序決定。

1.3 實驗操作方法 操作均由同一操作者在同一腹腔鏡模擬訓練箱的同一操作板上完成。操作者為具有豐富TUES手術經驗的主任醫師。(1)穿孔操作：主操作手與副操作手配合，使用兩只抓鉗將4號線從a、b、c環依次通過，記錄主操作手拇指與環指掌側面所用壓力(圖2)。(2)打結操作：主操作手與副操作手配合，使用兩只抓鉗將穿過d、e兩環的4號線打結，記錄主操作手拇指與環指掌側面所用壓力(圖3)。

圖1 TUES操作評估平臺 圖2 穿孔操作 圖3 打結操作

1.4 統計學處理 采用SPSS 17.0統計軟件，操作組間壓力采用單因素方差分析，方差齊時采用LSD法，方差不齊時采用Dunnett’s T3法，P<0.05表示差異有統計學意義。

2 結 果

2.1 穿孔實驗 拇指掌側面：三組操作拇指掌側面總體壓力差異有統計學意義(P<0.05)，兩兩相比差異均有統計學意義，其中C組、B組均小于A組；環指掌側面：三組操作環指掌側面總體壓力差異有統計學意義(P<0.05)，A組、B組與C組間差異均有統計學意義(P<0.05)，A、B兩組間差異無統計學意義(P=0.218)。見表1。

2.2 打結實驗 三組操作拇指掌側面、環指掌側面總體壓力組間存有統計學差異(P<0.05)。B組拇指與無名指掌側壓力最小，C組次之，A組最大。見表2。

3 討 論

隨著微創外科技術的不斷發展，TUES成為研究的新熱點。朱江帆等[3]于2007年使用上消化道內鏡完成首例經臍入路內鏡肝囊腫開窗引流術，提出了TUES[4]，并在動物實驗基礎上完成臨床TUES膽囊切除術[5]。TUES系經臍這一胚胎時期“自然腔道”置入器械進行手術。由于TUES僅有單一孔洞，因此在臍部狹小空間內操作時出現的外部沖突、腹腔內器械間距離較近引起的內部沖突，以及置入腹腔器械間、器械與腹腔鏡間“三角關系”缺失是其操作的關鍵問題。

組別壓力a(N)壓力b(N)A組7.38±3.733.10±0.57B組5.37±2.743.09±0.52C組4.34±2.472.95±0.70F值2917.597193.748P值0.0000.000

a：主操作手拇指掌側面壓力；b：主操作手環指掌側面壓力。Aa與Ba比較P<0.05；Aa與Ca比較P<0.05；Ba與Ca比較P<0.05；Ab與Bb比較P=0.218；Ab與Cb比較P<0.05；Bb與Cb比較P<0.05。

組別壓力a(N)壓力b(N)A組6.93±3.335.11±1.82B組4.48±1.993.06±0.67C組6.34±2.844.38±1.82F值1579.2684431.173P值0.0000.000

a：主操作手拇指掌側面壓力；b：主操作手環指掌側面壓力。Aa與Ba比較P<0.05；Aa與Ca比較P<0.05；Ba與Ca比較P<0.05；Ab與Bb比較P<0.05；Ab與Cb比較P<0.05；Bb與Cb比較P<0.05。

為解決TUES操作中器械間產生的上述問題，器械的改進起到了重要作用，且有必要對改進的TUES器械建立人因工程學評價，為TUES器械改進提供依據。人因工程學根據人體解剖學、生理學、心理學等特性，使工具、工作、環境等與人體相適應，對作業系統與人因系統進行有效的整合，最終使術者在操作時感到舒適。

TUES要求器械具有更多自由度，以增加其靈活性，現存的多自由度器械包括RealHandTM、AutonomyTMLapro-AngleTM、Dundee柔性關節器械、柳葉刀可轉腕微創手術器械、Covidien公司生產的可轉向器械等[6]。本實驗中所使用的可轉向器械由Covidien公司生產，器械柄遠端可行0～80°的旋轉，具有較高的自由度。本實驗基于人因工程學，操作均在已熟練操作傳統腹腔鏡的前提下，我們通過力學測試平臺得到不同器械及不同操作方式所需要的主操作手拇指與環指掌側面壓力指標，通過比較各組壓力，評價哪種器械及操作方式對操作者更具有價值、更舒適。

研究表明[7]，穿孔操作中三組操作主操作手間載荷差異有統計學意義，而副操作手間無統計學意義。因此本實驗僅分析主操作手用力情況，不再對副操作手進行壓力測量，因操作者以右手為主操作手，左手為副操作手，因此壓力感受器放置于右手拇指與環指掌側面。穿孔實驗中，三組操作拇指掌側面壓力兩兩差異均有統計學意義，A組、B組間環指掌側面壓力差異無統計學意義，這與實際操作相符，拇指始終接觸壓力感受器起主導作用，而環指操作時起輔助作用，這從拇指掌側面壓力兩兩間存在明顯統計學意義、環指掌側面并非兩兩間差異均存在統計學意義可以驗證。A組主操作手拇指、環指掌側面所用壓力最大，B組次之，C組最小。可轉向器械相較傳統直器械可減少外部沖突、內部沖突，且在一定程度上改善TUES缺失的三角關系。可轉向器械平行操作通過器械柄遠端可轉向裝置可解決內部沖突，并改善缺失的三角關系，因此較傳統直器械更省力，但無法解決外部沖突。可轉向器械交叉操作在解決內部沖突、改善缺失的三角關系的同時，交叉的近端可減少器械間的碰撞，從而解決外部沖突，與可轉向器械平行操作相比更有優勢。打結實驗中，主操作手拇指、環指掌側面拇指與環指掌側面所用壓力值從大到小排序一致，A組>C組>B組，且兩兩間差異存在統計學意義。穿孔實驗與打結實驗得出結論相同，可轉向器械相較傳統直器械可解決外部沖突、內部沖突及三角關系缺失問題。但打結實驗中，B組相較C組所用壓力更小，與穿孔實驗相反，可能因為交叉操作相對于平行操作不符合術者常規操作方式，且打結實驗相對于穿孔實驗難度高，術者在術中需要不斷調整器械操作角度，且轉向器械交叉操作本身在腹腔中操作難度很高，這些問題都會引起轉向器械交叉操作時間延長，術者更容易疲倦。

基于人因工程學我們發現，可轉向器械在一定程度上解決了傳統直器械在TUES中出現的外部沖突、內部沖突及三角關系缺失問題。根據難易程度、兩種實驗結果可以發現可轉向器械平行操作、交叉操作在不同操作中各有優勢，簡單操作中可轉向器械交叉操作相較平行操作更具優勢，復雜操作中可轉向器械平行操作所需壓力卻較交叉操作更小。本實驗結果表明，與傳統直器械相比，基于人因工程學TUES可轉向器械能優化手術操作，將手術與人因系統進行有效整合，提高工作效率，并使術者感到舒適。根據操作難易程度，操作中需合理選擇不同操作方式，這需要術者熟練操作可轉向器械，才能在術中自由轉換操作方式。

總之，TUES可轉向器械可有效減少術者術中的疲勞程度、提高手術舒適度等，對可轉向器械的評估可為TUES操作器械改進提供重要的理論依據。

[1] Zhu JF.Transumbilical endoscopic surgery:History,present situation and perspectives[J].World J Gastrointest Endosc,2011,3(6):107-109.

[2] Carayon P,Wood KE.Patient safety-the role of human factors and systems engineering[J].Stud Health Technol Inform,2010,153:23-46.

[3] Zhu JF.Transumbilical endoscopic surgery:current status and controversies[J].BH Surg,2011,1(3):21-25.

[4] Zhu JF.Scarless endoscopic surgery:NOTES and TUES[J].Surg Endosc,2007,21(10):1898-1899.

[5] Zhu JF,Hu H,Ma YZ,et al.Transumbilical endoscopic surgery:a preliminary clinical report[J].Surg Endosc,2009,23(4):813-817.

[6] 程小麗,宋成利.單孔腹腔鏡手術器械研究的最新進展[J].中國組織工程研究與臨床康復,2011,15(25):4669-4674.

[7] Xu AA,Zhu JF,Xie X,et al.Mechanical evaluation of articulating instruments and cross-handed manipulation in laparoendoscopic single-site surgery[J].Surg Innov,2014,21(4):398-402.

(英文編輯：黃 鑫)

Evaluation of articulated instruments for transumbilical laparoscopic surgery by using ergonomics evaluation system

LUJia-jun1,XUAn-an2,HUANGRui2,etal.

1.DepartmentofSurgicalOncology,theFirstHospitalofJiaxing,Jiaxing314000,China;2.EastHospital,TongjiUniversitySchoolofMedicine

Objective:To evaluate the articulated instruments for transumbilical laparoscopic surgery (TUES).Methods:A TUES measurement system,which was composed of a SILS Port,a laparoscopic training simulator and a pressure sensing system based on ergonomics,was set up to investigate the performance of two tasks (suture pass-through rings and knot-tying) in three groups:uncrossed manipulation with straight instruments (group A),uncrossed manipulation with articulated instruments (group B) and cross-handed manipulation with articulated instruments (group C).In each group,the corresponding instrument was used to complete the two tasks 10 times,and pressure sensing system was used to collect data for analysis and comparison.Results:In the suture pass-through rings task,the three groups demonstrated significant difference in the overall mean pressure of the palm side of the thumb (P<0.05).The pairwise comparisons also showed significant difference (P<0.05).Group A had the highest mean pressure,then was group B,group C had the lowest one.Besides,the three groups showed significant difference in the overall mean pressure of the palm side of the ring finger (P<0.05),the pairwise comparisons also showed significant difference except group A vs. group B (P=0.218).In the knot-tying task,the overall mean pressure of the palm side of the thumb and ring finger in the three groups was statistically different (P<0.05).Group A had the highest mean pressure,then was group C,group B had the lowest one.Conclusions:Compared with straight instruments,articulated instruments perform better in reducing the degree of fatigue and improving the degree of comfort.The choice of operating modes of articulated instruments should depend on the degree of operative difficulties in TUES.

Laparoscopy;Transumbilical approach;Ergonomics;Articulated instruments

1009-6612(2017)03-0197-04

10.13499/j.cnki.fqjwkzz.2017.03.197

陸佳軍(1990—)男，浙江省嘉興市第一醫院腫瘤外科住院醫師，主要從事普通外科的研究。

R656

A

2016-01-23)

①通訊作者：朱江帆，E-mail：zhujiangfan@hotmail.com