虛擬現實技術用于機器人手術技能培訓效果的系統評價與Meta分析

中圖分類號 R615文獻標識碼 A文章編號 2096-7721（2025）04-0667-07

Efficacy of VR in robotic surgical skill training： a systematic review and Meta-analysis

（1.DepartmentofdultCadiacurgery，teSithdicalCnterofnseAGenralHospitalgo48Cina；2.cltyf Nursing，Hebei University of Chinese Medicine，Shijiazhuang O5O2Oo， China）

AbstractObjective：Tocomprehensivelyevaluatethebenefitsofvirtualreality（VR）technologyinroboticsurgicaltrainingthrough systematicreviewand Meta-analysis.Methods：Literatureontheapplicationof VRtechnologyinrboticsurgicalsimulationtraining wasretrievedfroubed，ThCochaneLibray，Elsevier，andteinaNatioalKnowledgeInfrasructure （K）databass，ih searchspanningfromJanuary1，2toOctober1，2O24.Eligiblestudies weresrenedbasedoninclusioncriteria.TheCochanRisk of BiasAssentToolwasusedtoevaluatethequalityofincludedliterature，ndRevan5.4softwarewasusedforMeta-analysis. Results：Atotalof1Ostudiesinvolving273participantswereincludedMeta-analysisresultsindicatedthatVR-basedroboticsurgical simulatiotraingsowdstatisticallsigiiantiproemetsiGsors，taskomptitdtisdosd to traditional training methods （ Plt;0 . 0 5 ） . Conclusion：VR technologycan facilitate the acquisitionof robotic surgical skills.While there is currentlylimitedevidencetoofitsuperiorityofVRtrainngoverothrtods，itsdvaagessuchaslowostepatabilityd scoring feedback have shown significant development potential.

Key WordsRobotic Surgery Simulation Training； Virtual Reality；Systematic Review； Meta-analysis

機器人手術系統于1995年引人臨床實踐發展至今已趨于完善，面對此新技術，外科醫生則需學習相應的新技能。雖然機器人手術技能可能比腔鏡手術技能更易習得[1]，且已有部分行業贊助的培訓課程可為外科醫生提供機器人手術的學習訓練及評價但目前尚無可用的、全面的且能被行業統一接受的培訓平臺來培訓和評估外科醫生的機器人手術基本技能[3]。

虛擬現實（VirtualReality，VR）設備出色的3D可視化功能在醫學成像、醫學教育和術前規劃等方面非常適用[4-5]。VR模擬這一技能訓練方法于2002年首次在外科手術培訓中得到驗證，2006年VR模擬培訓正式通過了美國外科醫師學會的教育認證，此后基于VR模擬的外科培訓項目被相繼研發并應用。VR模擬器提供操作臺，充許培訓者進行機器人手術操作培訓，并提供了包括操作者的表現時間、運動效益性、器械碰撞等多維度指標的綜合評分系統[8]。

當前外科手術趨于微創化，機器人手術日漸普及，手術量逐年增加，但低年資醫生接觸機器人手術的機會非常有限，因此，盡快提高外科醫生的機器人手術能力至關重要。手術模擬允許在受控和安全的環境中重復練習特定技能，許多研究人員開發了動物手術模擬器（濕實驗室）[9]機器人手術訓練盒（干實驗室）[10]和VR培訓課程 種目前最常用的培訓模型，但均未得到普遍接受和廣泛應用。因此，本系統評價將通過Meta分析結合培訓評價結果，探討外科醫生使用VR模擬進行機器人手術技能培訓的可行性和有效性。為機器人手術技能培訓領域提供理論依據及循證支持。

1 資料與方法

1.1納入標準 ① 研究類型：隨機對照研究（Rando-mizedControlled Trial，RCT）； ② 研究對象：醫學生及外科醫生； ③ 干預措施：試驗組接受VR模擬機器人手術培訓，對照組接受干實驗或濕實驗等傳統培訓方式； ④ 結局指標中至少含有以下一項：機器人手術全面評價（GlobalEvaluationAssessmentRoboticSurgery，GEARS）評分、時間評分、完成任務總時間。

1.2排除標準 ① 重復文獻； ② 干預措施或分組設計不符； ③ 結局指標不符； ④ 文獻類型不符； ⑤ 非中英文文獻； ⑥ 無法獲取全文、數據無法提取或存在明顯錯誤。

1.3文獻檢索計算機檢索PubMed、Springer、TheCochraneLibrary、Elsevier和中國知網（CNKI）數據庫；檢索時限為2000年1月1日—2024年10月1日；語種為中文和英文；檢索字段為篇名和摘要。以PubMed為例，檢索式為：（“virtual reality”[AllFields]OR“virtual”[All Fields] OR“augmentedreality”[AllFields] OR“extended reality”[AllFields] OR“surgery computer assisted”[All Fields] OR“surgical simulator”[All Fields] OR“da Vinci Skill Simulator”[All Fields]）AND（“robotic surgical procedures”[AllFields]OR“robotic assisted surgery”[AllFields]）。

1.4文獻篩選和研究質量控制由兩位研究者獨立篩選文獻，通過閱讀文獻題目和摘要排除不符合納入標準的文獻。對篩選有異議的文獻進行討論，如不能達成一致則與本研究通訊作者討論后決定是否納人。兩位研究者分別對符合納人標準的文獻進行全文閱讀，并采用Cochrane偏倚風險評估工具評估納人文獻的質量。提取的主要一般數據包括第一作者、發表年份、樣本量、干預措施、干預時間、結局指標和統計學分析方法。結局指標包括GEARS評分、完成時間、時間得分、專家評分、學習曲線、主觀量表評估等。

1.5統計學分析采用 R e v M a n 5 . 4 軟件對提取的數據進行分析，二分類變量采用 R R 和 9 5 % CI表示。連續型變量采用標準化均方差進行分析， Plt;0 . 0 5 表示差異有統計學意義。異質性檢驗采用 檢驗，若 P ？ 0 . 1 且 ，認為納入研究的異質性可接受，選擇固定效應模型進行分析；若 Plt;0 . 1 且 ，認為納入研究的異質性較大，選擇隨機效應模型進行分析，并對異質性的來源進行敏感性分析或亞組分析。對無法合并的研究采用描述性分析。

2 結果

2.1文獻篩選流程及結果初步篩選出1100篇文獻，最終納人10篇文獻[13-22]，共10項關于VR手術模擬器的RCT研究及273例研究對象（如圖1）。使用Cochrane偏倚風險評估工具對RCT研究的諸多參數進行評估，例如隨機化方法、分配隱藏和盲法方式等[23]。納入文獻的質量評定如圖2＼～3，納入文獻基本特征見表1。

2.1.1參與者及評價術式在納入的10項RCT研究中，研究對象有醫學生（ n = 8 9 ）、住院醫師（ n=1 5 6 ）、主治醫師（ n=2 8 ）和主任醫師（ n = 0 ）；機器人手術評價任務的考核術式有機器人手術基本操作（ n = 3 ）、泌尿外科機器人手術（ n = 4 ）、心臟外科機器人手術（ n = 2 ）和婦產科機器人手術（ n = 1 ），見表2。

2.1.2研究中使用的VR技術目前主要有5個VR模擬器用于機器人手術培訓： ① Surgical EducationSimbionixProducts，Cleveland，OH，USA）。納入的RCT研究選取了不同的模擬器和模擬任務來對外科醫生進行培訓及考核，其中達芬奇手術模擬器的使用最多[SEP（ n = 0 ），RoSS（ n = 1 ），dV-Trainer（ n = 0 ），dVSS （ n=7 ），RobotiX（ n = 1 ）]。

2.2Meta分析結果

2.2.1 GEARS8篇文獻[13-15，18-22]采用GEARS[24]評估外科醫生機器人手術培訓的效果，由于各研究進行的VR培訓課程差異性較大，異質性顯著（ Plt;0 . 0 0 0 0 1 ， ），選擇隨機效應模型進行分析。結果顯示VR組的GEARS評分提高優于對照組，差異有統計學意義（ S M D=3 . 0 7 ， 9 5 % CI：0.13＼～6.02，Z = 2 . 0 4 ， P=0 . 0 4 ），如圖4。

2.2.2任務完成時間3篇文獻[14，17.19]采用任務完成時間來評估外科醫生機器人手術培訓效果，但是由于各研究設置的考核任務不同，任務完成時間差異較大，異質性顯著（ ），故采用隨機效應模型進行分析。結果顯示VR組的任務完成時間低于對照組，差異有統計學意義（ S M D=1 0 5 . 5 4 ， 9 5 % CI：19.76＼～191.32， Z = 2 . 4 1 ， P = 0 . 0 2 ），如圖5。

2.2.3時間評分3篇文獻[16-18]采用時間評分來評估外科醫生機器人手術培訓效果，各研究間異質性較?。? ），故采用固定效應模型進行分析。結果顯示VR組與對照組的時間評分無顯著差異（ ， 9 5 % CI：-84.62＼～11.86， z = 1 . 4 8 ，scriptstyle P = 0 . 1 4 ），如圖6。

3 討論

機器人手術技能培訓是外科醫生熟練操作手術機器人進行手術的必要條件[25]，技能習得是外科醫生培訓的重要內容，不管是基礎技能還是對手術整體的學習，均在很大程度上影響外科醫生的進步成長和臨床手術效果[26]。在外科手術日益微創化的時代，外科醫生更應加強對新技術的學習以行真正對患者有利的微創外科手術治療[27]。

目前VR模擬培訓主要以達芬奇基礎手術技能培訓為主[28]，如鏡頭操控、第四臂掌握、手臂靈活度等。隨著以RoSS為代表的基于特定術式培訓設計的模擬器上市，機器人手術培訓能夠在更加貼近手術場景的虛擬環境中進行。盡管VR模擬培訓在機器人手術培訓的應用中尚未形成統一標準，不同研究的干預方式不同，但與傳統培訓相比VR培訓在提高外科醫生興趣、減少培訓成本、增加可重復訓練次數等方面具有較大優勢[29-30]。本研究結果顯示，與不接受訓練的對照組相比，VR培訓組的GEARS評分提高且任務完成時間縮短，機器人手術技能獲得了提升，可為機器人手術培訓提供參考依據，但與傳統培訓方法相比VR培訓尚缺乏足夠的研究數據證明其優越性。

本次系統評價仍存在一些局限性。本研究共納入10篇文獻，研究中評價機器人手術技能的結局指標不盡相同且納入指標較少，因此受樣本量限制可能導致結果偏差，未來的研究可針對更多指標進行分析。各研究中外科醫生培訓時間長短差異較大，可能是部分結果異質性的來源，未來的研究可對不同年資或專業的外科醫生使用VR的應用效果進行比較，明確對機器人手術技術習得獲益最大的具體培訓時長。使用VR模擬器進行機器人手術培訓的研究仍存在樣本量小、結局指標存在一定主觀性等問題，因此未來還需要更多高質量的研究并進一步完善干預方案、培訓時間及評價手段等提供更加可靠的依據。

利益沖突聲明：本文不存在任何利益沖突。

作者貢獻聲明：梁渝靖負責擬定寫作思路，撰寫文章并最后定稿；李陽輝負責實驗設計，數據分析；邢文惠負責協助設計論文框架，查閱相關文獻；王嶸負責論文修改。

參考文獻

[1] StefanidisD，WangF，KorndorferJR，etal.Roboticassistanceimproves intracorporeal suturing performance and safety in the operating room while decreasing operator workload[J].SurgEndosc，2010，24（2）： 377-382.

[2] FisherRA，DasguptaP，MottrieA，etal.Anover-viewofrobotassisted surgery curriculaand the status of their validation[J]. IntJSurg，2O15，13： 115-123.

[3] SatavaRM，StefanidisD，LevyJS，etal.ProvingtheEffectivenessof theFundamentalsofRobotic Surgery（FRS）SkillsCurriculum：A Singleblinded，Multispecialty，Multi-institutionalRandomized Control Trial[J]. Ann Surg，2020，272（2）：384-392.

[4] SutherlandJ，BelecJ，SheikhA，etal.Applyingmodernvirtual and augmented realitytechnologies to medical imagesandmodels[J].JDigit Imaging，2019，32（1）： 38-53.

[5] SlaterM. Immersionand theillusion ofpresence invirtual reality[J].BrJ Psychol，2018，109（3）：431-433.

[6] Seymour NE， GallagherAG，Roman SA，et al.Virtual reality training improves operating room performance： results of a randomized，doubleblinded study[J].Ann Surg，2002，236（4）：458-464.

[7] PellegriniCA，SachdevaAK，JohnsonKA.Accreditationofeducation institutesbytheAmericanCollege ofSurgeons： anewprogramfollowing an old tradition[J]. Bull Am Coll Surg，2006，91（3）： 8-12.

[8] FlavianC，Ibanez-SanchezS，OrusC.Theimpactofvirtual，augmented and mixed reality technologies on the customer experience[J].JBus Res， 2019，100：547-560.

[9] PuginF，BucherP，Morel P.History of robotic surgery： from AESOPand ZEUS to daVinci[J].JVisc Surg，2011，148（5 Suppl）：e-e8.

[10]LiakosN，Moritz R，Leyh-Bannurah SR，etal.ChickenRAPS：Chicken robot-assistedpyeloplastysimulation.Validationstudyofanovelchicken model for wetlaboratory training in robot-assisted pyeloplasty[J].EurUrol Open Sci，2022，46：82-87.

[11]LeeCS，KhanMT，Patnaik R，etal.Model development ofanovel robotic surgerytraining exercise with electrocautery[J].Cureus，2O22，14（4）： e24531.

[12]MogliaA，FerrariV，MoreliL，etal.Asystematicreviewofvirtual reality simulatorsfor robot-assistedsurgery[J].EurUrol，2016，69（6）： 1065-1080.

[13]ChowriappaA，RazaSJ，FaziliA，etal.Augmented-reality-basedskills trainingforrobot-assisted urethrovesical anastomosis：amulti-institutional randomised controlled trial： augmented-reality-based procedure specific training[J].BJU Int，2015，115（2）：336-345.

[14]Valdis M，Chu MWA，SchlachtaC，etal.Evaluation of robotic cardiac surgery simulation training： arandomized controlled trial[J].The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery，2016，151（6）： 1498-1505.

[15]RaisonN，HarrisonP，AbeT，etal.Procedural virtual realitysimulation training for robotic surgery：arandomised controlled trial[J].SurgEndosc， 2021，35（12）： 6897-6902.

[16]Vaccaro C M，Crisp CC，Fellner A N，et al.Robotic virtual reality simulationplusstandardroboticorientationversusstandardrobotic orientationalone： arandomized controlledtrial[J].FemalePelvic Medicine amp; Reconstructive Surgery，2013，19（5）： 266-270.

[17]AmirianMJ，LindnerSM，TrabulsiEJ，etal.Surgical suturingtraining with virtual reality simulation versus dry lab practice：an evaluation of performance improvement，content，and face validity[J].JRobotic Surg， 2014，8（4）： 329-335.

[18]Vargas MV，MoawadG，DennyK，etal.Transferabilityof virtual reality， simulation-based，robotic suturing skils to a live porcine model in novice surgeons： a single-blind randomized controlled trial[J].Journal of Minimally Invasive Gynecology，2017，24 （3）： 40-425.

[19]Valdis M，ChuMWA，SchlachtaCM，etal.Validationofa novel virtual reality training curriculum for robotic cardiac surgery a randomized trial[J]. Innovations（Phila），2015，10（6）： 383-388.

[20]Almarzouq A， Hu J， Noureldin YA， et al. Are basic robotic surgical skills transferable from the simulator totheoperating room？Arandomized， prospective，educational study[J]. Can Urol Assoc J，2020，14（12）： 416-422.

[21]Butterworth J，Sadry M，JulianD，etal. Assessment of the training program forVersius，anewinnovativerobotic system foruseinminimal access surgery[J].BMJSurg Interv Health Technol，2021，3（1）： e000057.

[22]Kiely D J， Gotlieb WH，Lau S，et al. Virtual reality robotic surgery simulation curriculum to teach robotic suturing： a randomized controlled trial[J]. JRobotic Surg，2015，9（3）： 179-186.

[23]Julian Higgins，James Thomas. Cochrane handbook for systematic reviews of interventions[M].Version6.5.UnitedKingdom：Wiley，1996，100-462.

[24]Goh A C，Goldfarb D W，Sander JC，et al. Global evaluative assessment of robotic skills： validationof a clinical assessment tool to measure robotic surgical skills[J]. JUrol，2012，187（1）： 247-252.

[25]BoalMWE，Anastasiou D，Tesfai F，etal.Evaluation of objective tools andartificial intelligence in roboticsurgery technical skillsassessment： a systematic review[J].BrJSurg，2024，111（1）： znad331.

[26]WilcoxVandenBergRN，VertosickEA，SjobergDD，etal.Implementation and validation of an automated，longitudinal robotic surgical evaluation and feedback program at a high-volume center and impact on training[J].Eur Urol Open Sci，2024，62： 81-90.

[27] Tom CM，MacielJD，Korn A，etal.Asurvey of robotic surgery training curricula in general surgery residency programs： How close are we to a standardized curriculum？[J]. Am JSurg，2019，217（2）： 256-260.

[28]AbreuAA，RailB，FarahE，etal.Baselineperformanceinarobotic virtual reality platform predictsrate of skill acquisition inaproficiencybased curriculum： a cohort study of surgical trainees[J]. Surg Endosc， 2023，37（11）： 8804-8809.

[29]Lu J， CuffRF，Mansour MA.Simulation insurgical education[J].AmJ Surg，2021，221（3）： 509-14.

[30]Alvarez-Lopez F，Maina MF，ArangoF，et al. Use of a low-cost portable 3dvirtualrealitysimulatorforpsychomotor skill traininginminimally invasive surgery：task metricsand score validity[J].JMIR Serious Games， 2020，8（4）： e19723.

收稿日期：2024-11-25編輯：魏新珂