Laparoskopické simulátory a jejich současný přínos pro chirurga

Súhrn

Úvod:
V dnešní době laparoskopické operace představují běžnou součást chirurgické praxe. Mají však svá specifika a vyžadují zvláštní způsob přípravy. K nácviku dovedností se v poslední době stále více využívají simulační techniky. Cílem tohoto systémového přehledu je zpracovat dostupnou literaturu na téma laparoskopických simulátorů, zhodnotit jejich přínos při edukaci chirurgů a identifikovat nejefektivnější typ simulace.

Metody:
K vyhledávání relevantních publikací jsme použili databáze PubMed, Web of Science, Cochrane Library. Při vyhledávání byla použita hesla „laparoscopy, simulator, surgery, assessment“. Vyhledávání bylo omezeno na prospektivní studie publikované v posledních 5 letech v anglickém jazyce.

Výsledky:
Z celkového počtu nalezených 354 studií bylo do přehledu zařazeno 26, které odpovídaly naším kritériím. Devět studií porovnávalo jednotlivé simulátory mezi sebou. Pět studií vyhodnotilo „high a low fidelity“ (virtuální a box simulátory) jako stejně účinné (EBM 2a). Ve třech případech byl shledán efektivnější „low fidelity“ krabicový simulátor (EBM 2a−3b). Pouze jedna studie preferovala virtuální simulátor (dále jen VR) (EBM 2b).

Třináct studií hodnotilo přínos simulátorů do praxe. Dvanáct shledalo trénink na simulátoru jako efektivní způsob přípravy (EBM 1b−3b). Jedna studie naproti tomu nenašla rozdíl mezi tréninkem na simulátoru a tradičním způsobem přípravy (EBM 3b). Devět studií hodnotilo přímo některou z metod hodnocení laparoskopických dovedností. Tři studie zhodnotily VR simulátor jako vhodný nástroj hodnocení. Další studie hodnotily jako úspěšný skórovací systém GOALS-GH. V jednom případě byl úspěšný model analýzy pohybu rukou. Většina studií byla observačních (EBM 3b), pouze 2 studie byly vyšší kvality (EBM 2b).

Závěr:
Simulátory jsou efektivním nástrojem k nácviku laparoskopických technik (EBM: 1b). Z dostupných dat nelze jednoznačně určit, který ze simulátorů je nejefektivnější. Virtuální simulátor však představuje dosud nejsoběstačnější jednotku vhodnou k výuce i k hodnocení laparoskopických technik (EBM 2b−3b). Je potřeba dalších studií k nalezení účinného systému a parametrů k objektivnímu hodnocení dovedností.

Klíčová slova:
laparoskopie – simulátor – chirurgie − hodnocení

ÚVOD

Podíl laparoskopických operací v posledních letech stále narůstá, a to včetně kolorektální a hepatobiliární chirurgie. Laparoskopický přístup se stal v dnešní době běžnou součástí chirurgické praxe [1] a v některých indikacích, například u cholecystektomie, je dokonce považován za „zlatý standard“ [2].

Mezi hlavní výhody laparoskopie patří menší operační zátěž pacienta s příznivější pooperační patofyziologickou odezvou, menší pooperační bolest, zkrácení doby hospitalizace a lepší kosmetický efekt. Oproti otevřenému operování jsou však laparoskopické techniky v řadě ohledů odlišné a vyžadují specifické psychomotorické dovednosti. Z mnoha rozdílů jsou to například: ztráta taktilního vjemu, ztráta 3D rozměru, omezený rozsah pohybu [3].

Minimální tolerance chyb i tlak na efektivní využití sálů nutí ke změně tradičního způsobu výuky. Je nutný kvalitní a bezpečný trénink chirurga a zhodnocení jeho dovedností před vstupem na operační sál [4]. V poslední době se stále častěji ukazuje, že vhodnou alternativou tradičnímu způsobu přípravy chirurga jsou simulátory [5]. Představují totiž bezpečné prostředí s možností tréninku dovedností až na požadovanou úroveň ještě před vstupem na operační sál [6,7].

Nácvik na simulátorech může zlepšit technické dovednosti, zkrátit operační čas a snížit riziko operačních i pooperačních komplikací [5,8−10].

Na trhu dnes existuje široká škála simulátorů, počínaje „krabicovými“ simulátory až po vysoce sofistikované virtuální trenažéry [11]. Přes řadu pozitivních hodnocení v literatuře panuje k simulátorům v České republice stále nedůvěra. V naší literatuře neexistuje žádný přehledový článek, který by shrnul přínos simulátorů na podkladě „Evidence Based Medicine“ (EBM).

Cílem této práce bylo zpracovat dostupnou literaturu na téma laparoskopických simulátorů, zhodnotit jejich přínos při edukaci chirurgů a identifikovat nejefektivnější typ simulace.

METODY

Podklady ke zpracování článku jsme čerpali z databází Pub Med, Web of Science a Cochrane Library. Jako klíčová slova jsme použili – laparoskopie, simulátor, chirurgie, hodnocení. Použili jsme literaturu psanou v anglickém jazyce, publikovanou v posledních 5 letech.

Zařadili jsme všechny typy studií kromě přehledových článků. Za vstupní kritéria jsme stanovili studie věnující se přínosu simulace pro praxi, porovnání jednotlivých simulátorů a způsob hodnocení technických dovedností. U studií jsme hodnotili dostupnost fulltextu v anglickém jazyce, relevanci k tématu a míru jejich EBM. Ke stanovení stupně EBM jsme použili systém Oxford Centre for Evidence-Based Medicine [12].

VÝSLEDKY

Po zadání klíčových slov jsme našli celkem 354 studií. Užitím filtru vymezujícího články v anglickém jazyce publikované v posledních 5 letech a vyřazením studií typu přehledových sdělení netýkajících se chirurgických oborů jsme vyřadili 211 studií. Z nich jsme vyřadili 28 studií pro duplicitu. Ze zbylých 115 článků jsme na základě přečtení abstraktů vyřadili 89 irelevantních studií (4 práce se věnovaly jiným chirurgickým oborům a otevřeným technikám; 5 diskutovalo robotickou chirurgii; 7 hodnotilo pokročilou techniku operování metodou jednoho portu; 18 řešilo kurikulum; 4 se zabývaly vlivem počítačových her; 3 diskutovaly vliv zpětné vazby v podobě mentora a 48 řešilo problematiku simulátorů mimo námi zvolené téma).

Všech zbylých 26 studií bylo prospektivních, 14 bylo randomizovaných. Šest randomizovaných bylo navíc kontrolovaných.

Žádná ze studií nebyla publikována v českém periodiku. Celkem 9 z 26 studií porovnávalo jednotlivé simulátory, 3 z nich současně hodnotily přínos simulátorů pro praxi a 1 studie současně diskutovala způsob hodnocení dovedností. Sedmnáct studií zkoumalo přínos simulátorů do praxe anebo diskutovalo způsob hodnocení získávání laparoskopických dovedností. Celkový počet všech účastníků zařazených do zpracovávaných studií byl 1542.

Typy simulátorů

Dnes je na trhu více typů laparoskopických simulátorů. V názvosloví se můžeme setkat s termíny organické (animální modely, kadavery), „inanimate“ (krabicové simulátory, torza, virtuální simulátory), častěji pak „low fidelity“ a „high fidelity“, podle míry podobnosti simulovaného výkonu k realitě.

Obecně lze simulátory rozdělit do několika kategorií:

1. „Video-scopic trainers“ (VS)
2. „Computer enhanced“ (CE)
3. „Virtual reality“ (VR) – a) bez možnosti počítačem generované hmatové odezvy b) umožňující hmatovou zpětnou vazbu
4. zvířecí modely a kadavery. Jednotlivé simulátory se liší zejména uživatelským rozhraním a schopností poskytnout spolehlivé měření výkonu.

Takzvané VS, známé jako krabicové simulátory, představují nejjednodušší a nejlevnější variantu simulátorů.

Umožňují manipulaci s reálnými objekty pomocí reálných nástrojů. Vyžadují však ruční sběr dat. K hodnocení a podání zpětné vazby je zapotřebí přítomnost odborného dohledu.

CE a VR jsou počítačem řízené simulátory a jejich účelem je zajistit hodnocení a školení v oblasti specifických dovedností na základě sofistikovaných počítačových systémů.

CE trenažéry představují most mezi krabicovými a VR simulátory.

Jejich uživatelské rozhraní je podobné krabicovým simulátorům, ale umožňují hodnocení výkonu pomocí počítačového softwaru.

VR simulátory jsou nejsofistikovanější modely k tréninku laparoskopických technik. Jsou vybaveny počítačem, který vytváří více či méně realistické chirurgické prostředí pomocí virtuální reality. Hodnocení výkonu se děje na základě počítačem provedeného sběru a vyhodnocení dat. Některé moderní VR simulátory jsou navíc schopny vytvářet i odpor tkání.

Zvířecí modely a kadavery umožňují užití reálných nástrojů v prostředí anatomicky velmi podobném humánní medicíně. Vyžadují však stejně jako u krabicových simulátorů ruční sběr dat. K hodnocení a podání zpětné vazby je zapotřebí přítomnost odborného dohledu.

Hodnocení technických dovedností

Hodnocení technických dovedností je nedílnou součástí vzdělávacích programů chirurgů [13,14]. Mezi současné metody hodnocení patří komplexní skórovací systémy (např. OSATS, GOALS, MISTEL), systémy založené na analýze pohybů (např. ICSAD, ADEPT, MAR) a metody implementované přímo do virtuálních simulátorů [15].

OSATS (Objective Structured Assessment of Technical Skills). Standardní metoda hodnocení obecných chirurgických dovedností. Skládá se z řady standardizovaných operačních úkolů s příslušnou bodovou stupnicí a vyžaduje odborný dohled k hodnocení buď přímo při výkonu, nebo ze záznamu [16].

GOALS (Global Operative Assessment of Laparoscopic Skills) je nástroj k hodnocení laparoskopických dovedností [17].

MISTELS (McGill Inanimate System for Training and Evaluation of Laparoscopic Skills) hodnotí obecné laparoskopické dovednosti na krabicových simulátorech [18].

ICSAD (Imperial College Surgical Assessment Device) je elektromagnetická metoda sloužící ke sledování pohybu rukou, pomocí senzorů umístěných na rukou. Data jsou převedena na měření zručnosti, například počet a rychlost pohybů rukou, a následně zpracována [19].

MAR (Magnetic Autoregressive model) je podobná metoda s umístěním senzorů na laparoskopické nástroje. Je vhodná pro virtuální simulátory [20].

Virtuální simulátory umožňují počítačem řízený sběr a vyhodnocení dat a tak zajišťují objektivní způsob hodnocení [21].

K určení platnosti jednotlivých systémů jako nástrojů k hodnocení je zapotřebí potvrdit jejich tzv. „construct validity“. Tedy schopnost rozlišit úroveň dovedností a rozlišit tak mezi nováčkem a zkušeným operatérem [22].

Srovnání simulátorů

Celkem 9 studií z 26 zařazených porovnávalo účinnost nácviku laparoskopických technik různými typy simulátorů [11,38−43]. Všech 9 studií bylo prospektivních, 7 z nich bylo randomizovaných [11,37–42]. Celkový počet účastníků byl 432, převážně studentů medicíny a lékařů v předatestační přípravě, ale i odborníků. Z odborností byli zastoupeni chirurgové, urologové a gynekologové. Většina studií porovnávala krabicové a virtuální simulátory.

Trénink byl zaměřen na nácvik základních laparoskopických dovedností. Hodnocení po předchozím tréninku na simulátoru proběhlo 2x na operačním sále provedením laparoskopické cholecystektomie [36], nebo oboustranným podvazem vejcovodů [37]. Jedenkrát bylo hodnocení provedeno na animálním modelu [41]. Ve 4 studiích bylo provedeno hodnocení pomocí testu na opačném simulátoru, než na kterém probíhal výcvik [11,39,40,42]. V jednom případě na stejném simulátoru [38]. Hodnocení výkonu provedli buď experti hodnotící záznam výkonu pomocí validovaných skórovacích systémů, anebo pomocí počítačového softwaru jednotlivých simulátorů.

Pět studií (291 účastníků) vyhodnotilo VR a box simulátory jako stejně účinné [11,37,38,43]. Síla důkazů podle EBM byla 2a (pouze jedna studie nerandomizovaná 3b).

Ve třech případech (95 účastníků) byl shledán efektivnější krabicový simulátor [36,39,40]. Síla důkazů podle EBM byla 2a až 3b. Pouze jedna studie (46 účastníků) vyhodnotila VR simulátor se sílou evidence 2b [42]. Výsledky studií jsou shrnuty v Tab. 1.

Hodnocení

Celkem 9 studií (392 účastníků) hodnotilo přímo některou z metod evaluace laparoskopických dovedností [4,20,32,40,44−48]. Ani jedna studie nebyla randomizovaná. Jedna práce byla prospektivní a zaslepená [32]. Ostatní byly pouze prospektivní. Důkaz úspěšnosti byl prokázán na základě „construct validity“, tedy schopnosti hodnotícího systému rozlišit mezi různými úrovněmi schopností operatéra (tedy mezi nováčkem a zkušeným chirurgem). Šest studií hodnotilo virtuální simulátor. Tři z nich potvrdily jeho „construct validity“ [40,45,47]. V dalších dvou Lewis et al. dávají přednost kadaveru před virtuálním simulátorem (46) a Van Bruwaene shledal virtuální simulátor v současné době jako nevhodný k hodnocení laparoskopických dovedností [4].

Loukas hodnotil magnetické senzory připevněné na rukojeť nástrojů při analýze pohybů rukou a doporučuje tento způsob jako vhodný nástroj k hodnocení do budoucích virtuálních simulátorů [20]. Uemura na druhé straně popisuje efektivitu počítačového systému při hodnocení úspěšnosti šití na modelu střevní anastomózy [44].

Většina studií byla pouze observační, a proto jejich závěry odpovídají síle evidence 3b (2 studie vyšší kvality a větší kohorty odpovídají stupni 2b).

Studie použité k evaluaci jednotlivých systémů hodnocení jsou shrnuty v Tab. 2.

Přínos simulace pro praxi

Celkem 13 studií hodnotilo přínos simulátorů pro klinickou praxi. Devět bylo randomizovaných, tři z nich kontrolované a zaslepené. Zbylé čtyři byly pouze prospektivní nerandomizované. Celkový počet účastníků v těchto studiích byl 811 [37,41,43,45,49–53,55–57].

Dvanáct z celkového počtu třinácti studií vyhodnotilo trénink na simulátoru jako efektivní způsob přípravy. Dvě (celkem 128 účastníků) na základě hodnocení dovedností před a po tréninku na simulátoru (EBM: 2b) [41,45]. Další dvě (celkem 115 účastníků) na základě porovnání krátkého cvičení před operací, oproti skupině bez přípravy (EBM: 1b,2b) [49,52]. Zbylých 9 studií hodnotilo přínos nácviku na simulátoru porovnáním s tradičním způsobem přípravy. Osm (celkem 377 účastníků) z nich prokázalo lepší výsledky při tréninku na simulátoru [37,50,51,53,54,55,56,57]. Kvalita těchto studií je velmi rozdílná EBM: 1b−3b.

Jedna studie neprokázala rozdíl mezi tréninkem na simulátoru a tradičním způsobem přípravy. Jednalo se o prospektivní nerandomizovanou studii zahrnující 138 účastníků [43] (EBM: 3b). Výsledky popisovaných studií jsou shrnuty v Tab. 3.

DISKUZE

Zavedení efektivnějšího tréninku laparoskopických technik je nezbytné vzhledem k celosvětově narůstajícímu počtu laparoskopicky prováděných výkonů. Medicínsko-ekonomické důvody spolu s právními aspekty nutí odborníky hledat optimální způsob nácviku dovedností mimo prostředí operačních sálů. Inspirací může být již rutinní systém využití simulátorů při výcviku pilotů v letectví [23]. Simulátory představují bezpečné prostředí, kde lze opakovaně provádět úkoly a cvičení až do předem požadované úrovně bez rizika poškození pacienta [4].

I když byla na téma laparoskopické simulace publikována řada studií, některé aspekty této problematiky zůstávají stále nedořešené. Jsou v současné době dostupné simulátory adekvátní náhradou tradičního výcviku chirurgů? Vede jejich využití opravdu ke zlepšení techniky operatérů na operačním sále? Otázkou zůstává i volba vhodného typu simulace a metodika hodnocení její efektivity.

Přínos simulátorů do praxe diskutovalo 13 z celkového počtu 26 námi zařazených studií, což představuje dostatečně velkou kohortu 811 účastníků. Většina studií prokázala, že jsou simulátory efektivnější ve srovnání s tradičním způsobem nácviku [37,41,45,49–57]. Pouze jedna práce tento závěr neprokázala [43]. Jedná se o nerandomizovanou studii srovnávající techniku méně zkušených chirurgů po nácviku na simulátoru a zkušených chirurgů bez tréninku. Kromě nehomogennosti obou skupin je její limitací také způsob hodnocení efektu tréninku, které probíhalo opět na simulátoru, nikoliv v reálném prostředí operačního sálu.

Metodika zkoumání efektivity byla ve dvou studiích založena na testování před tréninkem na simulátoru a po něm. Za prvé provedením, respektive neprovedením krátkého „zahřívacího“ cvičení před samotnou operací a za druhé v osmi případech porovnáním s tradičním způsobem přípravy. Jedná se o vhodný způsob průkazu efektivity simulátorů. Provedení „krátkého zahřívacího cvičení“ před operací však nepatří do konceptu výuky laparoskopických dovedností.

Lze konstatovat, že soubor 13 studií o počtu 811 účastníků s nejvyšší sílou evidence 1b je dostačující k tomu, abychom uznali metodu simulace jako efektivní nástroj získávání technických dovedností.

Devět studií porovnávalo jednotlivé simulátory mezi sebou. V literatuře je nejčastěji zastoupené porovnání „low a high fidelity“ simulátorů, což odpovídá i našemu souboru [36–43]. Celkový počet účastníků byl 432, převážně studentů medicíny a lékařů v předatestační přípravě, ostatní byli zkušení laparoskopisté. Z odborností byli zastoupeni chirurgové, urologové a gynekologové. Síla důkazu námi zařazených studií odpovídala kvalitou EBM rozmezí 2a−3b. Trénink na simulátorech byl zaměřen převážně na nácvik základních dovedností. V této oblasti se zdají být krabicové simulátory stejně účinné nebo v některých případech dokonce účinnější než virtuální simulátory [11,36−41,43]. V oblasti složitějších a specifických laparoskopických úkolů, zejména nácviku preparace, byly dosud využívány zvířecí modely a kadavery. Ty jsou drahé, vyžadují složitou infrastrukturu a jsou zatíženy řadou etických a hygienických norem [24–26]. Jejich adekvátní alternativou by mohl být virtuální simulátor. V celkovém hodnocení shledalo 5 studií krabicové i virtuální simulátory jako stejně účinné, i když některé studie vyhodnotily, že trénink pouze na jednom simulátoru nemusí být tak efektivní jako jejich kombinace. Ve třech případech byl efektivnější trénink na krabicovém simulátoru [36,39,40] a jen v jednom případě byl efektivnější virtuální simulátor [42].

Přestože údaje z námi zařazených studií představují v porovnání s dostupnou literaturou [27,28] obdobný soubor školenců, včetně zastoupení jednotlivých profesí a skladby stážistů, síla důkazu dle EBM 2a–3b je spíše slabá. Na základě těchto výsledků není tedy možné jednoznačně určit nejefektivnější způsob simulace. Je zapotřebí více prospektivních randomizovaných kontrolovaných studií porovnávajících „low fidelity a high fidelity“ simulátory s následným hodnocením dovedností na operačním sále.

V současné době neexistuje spolehlivý, objektivní způsob hodnocení technických dovedností chirurgů. Posouzení způsobilosti je založeno tradičně na subjektivním hodnocení zkušenějšími kolegy [29−31].

Některé skórovací systémy, jako jsou OSATS a ESSQ, jsou validovanými nástroji. Jsou však časově náročné, nepohodlné a vyžadují přítomnost experta k vyhodnocení dat, což navyšuje náklady [32].

Je zapotřebí jednodušší systém. Ideálně by měl být spolehlivý, efektivní, snadno použitelný a levný. Musí rozlišit mezi nováčkem a zkušeným operatérem (construct validity) a potvrdit, že aktuální výsledky v simulačním prostředí korelují s výsledky na operačním sále (predictive validity) [33,34].

S ohledem na tyto parametry se zdá být nejvýhodnější provést hodnocení přímo pomocí systému integrovaného do virtuálních simulátorů [35]. Tuto metodu hodnotilo celkem 6 studií. Ve čtyřech případech byla prokázána schopnost rozlišit mezi nováčkem a zkušeným operatérem. Tyto studie zahrnují poměrně velký soubor celkem 306 účastníků. Na druhé straně síla evidence dosahuje pouze úrovně 2b. Pro jednoznačné doporučení virtuálního simulátoru jako nástroje k hodnocení technických dovedností by bylo třeba provést kvalitní prospektivní randomizovanou studii na velkém souboru respondentů. Ta by musela prokázat „construct validity“ a „predictive validity“ virtuálního simulátoru v porovnání s některým z validovaných skórovacích systémů na animálním modelu. Provést takovou studii je metodicky velmi náročné.

Jistou limitací naší práce je vyhledávání literatury za dobu posledních 5 let, protože již v předchozích letech proběhla celá řada studií se zaměřením na téma laparoskopických simulátorů. Chtěli jsme však zhodnotit především aktuální poznatky.

ZÁVĚR

Simulátory jsou efektivním nástrojem k nácviku laparoskopických technik (EBM: 1b). Z dostupných dat nelze jednoznačně určit, který ze simulátorů je nejefektivnější. Virtuální simulátor představuje nejsoběstačnější jednotku vhodnou k výuce i k hodnocení laparoskopických technik (EBM 2b–3b). Je třeba dalších studií k nalezení účinného systému k objektivnímu hodnocení dovedností.

Podpořeno POPO MO3220 ČR a MO1012.

Konflikt zájmů Autoři článku prohlašují, že nejsou v souvislosti se vznikem tohoto článku ve střetu zájmů a že tento článek nebyl publikován v žádném jiném časopise.

MUDr. Jaroslav Kalvach

Chirurgická klinika 2. LF UK a ÚVN, Praha

U vojenské nemocnice 1200

160 00 Praha 6

e-mail: jaroslav.kalvach@uvn.cz