Prospektive Probandenstudie zur Evaluation der Auswirkung von eingeschränkten chirurgischen Instrumenten mit vier Freiheitsgraden auf die chirurgische Einzelknopfnaht

Abstract

Einleitung: Die moderne Chirurgie bringt neue Entwicklungen im Bereich der minimalinvasivem Chirurgie mit sich. Diese minimalinvasiven Verfahren führen oft zu Schwierigkeiten aufgrund der eingeschränkten Instrumentenbewegungen. Im Rahmen eines DFG geförderten Flexmin-Projektes wird in dieser Arbeit die Einschränkung chirurgischer Instrumente auf vier Freiheitsgrade untersucht. Grundlegendes Ziel ist es, die Machbarkeit einer Einzelknopfnaht und den Einfluss der Freiheitsgrade auf die Durchführung der chirurgischen Naht zu beurteilen. Dadurch sollen neue Erkenntnisse für zukünftige Entwicklungen gewonnen werden. Material und Methoden: Die Probandenstudie beinhaltete die Durchführung einer chirurgischen Einzelknopfnaht an unterschiedlichen Versuchsaufbauten durch laparoskopisch unerfahrene Medizinstudenten (n = 20) in höheren Semestern. Die chirurgische Naht erfolgte an einem modifizierten Schwamm-Modell mittels zwei chirurgischer Pinzetten, dabei erfolgten Nähte sowohl mit waagrechter Ausrichtung (gerade Durchführung) als auch im 45◦ Winkel (schräge Durchführung). Die Nahtaufgabe wurde zur Auswertung in die zwei Teilschritte „Durchstechen“ und „Knoten“ aufgeteilt. Der erste Durchgang erfolgte an einem Aufbau ohne Einschränkung mit sechs Freiheitsgraden (Aufbau 6DOFS). Für die nächsten zwei Versuchsdurchgänge erfolgte die Randomisierung in zwei Gruppen mit unterschiedlicher Reihenfolge. Ein Versuchsaufbau stellte die Einschränkung der Instrumente auf drei rotatorische Freiheitsgrade und einem translatorischen Freiheitsgrad nach (Aufbau 4ROT), der andere Versuchsaufbau die Einschränkung auf drei translatorische und einen rotatorischen Freiheitsgrad (Aufbau 4TRANS). Dabei wurde die Machbarkeit der Nahtaufgabe und Einfluss der Freiheitsgrade anhand des Gelingens eines festen Knotens, der gemessenen Zeitwerte und einer subjektiven Beurteilung der Probanden mittels Fragebogen beurteilt. Ergebnisse: Die Probanden (n = 20) führten aufgeteilt in zwei Gruppen chirurgische Einzelknopfnähte mit unterschiedlicher Ausrichtung an allen drei Versuchsaufbauten durch. An jedem Versuchsaufbau konnte eine vollständige chirurgische Naht mit festsitzendem Knoten als Endergebnis erzielt werden. Die gemessenen Gesamtzeiten sowie die subjektive Fragebogenbewertungen zeigten dabei signifikante Unterschiede. Am Aufbau 6DOFS wurden die geringsten Gesamtzeiten für fünf Knoten sowohl bei der geraden Durchführung (Durchstechen 67s +/- 18s; Knoten 53s +/- 18s) als auch bei der schrägen Durchführung (Durchstechen 62s +/- 16s; Knoten 51s +/- 22s) erzielt. Im Vergleich wurden am Aufbau 4ROT sowohl bei der geraden Durchführung (Zeitdifferenz zu 6DOFS: Durchstechen 150s +/- 95s, p-Wert < 0,0001; Knoten 137s +/- 85s, p-Wert < 0,0001) als auch bei der schrägen Durchführung (Zeitdifferenz zu 6DOFS beim Durchstechen: 99s +/- 47s, p-Wert < 0,0001; Knoten 88s +/- 38s, p-Wert < 0,0001) signifikant höhere Zeiten gemessen. An 4TRANS stiegen die Zeiten sowohl für die gerade Durchführung (Zeitdifferenz zu 6DOFS: Durchstechen 160s +/- 125s, p-Wert < 0,0001; Knoten 314s +/- 116s, p-Wert < 0,0001) als auch bei der schrägen Durchführung (Zeitdifferenz zu 6DOFS beim Durchstechen: 220s +/- 92s, p-Wert < 0,0001; Knoten 222s +/- 122s, p-Wert < 0,0001) nochmals an. Die höchsten Zeiten sowie die höchste Schwierigkeitseinstufung wurden am Aufbau 4TRANS gemessen. Bezüglich der Intuitivität und Präzision wurde von den Probanden 4ROT gegenüber 4TRANS bevorzugt. Schlussfolgerung: In den durchgeführten Versuchen zeigte sich, dass eine chirurgische Naht unter der Einschränkung von vier Freiheitsgraden möglich ist, allerdings je nach Einschränkung deutliche Zeitverluste mit sich führt. Die rotatorischen Freiheitsgrade spielen eine wesentlich größere Rolle bei der Durchführung einer chirurgischen Naht und sollten deshalb gegenüber translatorischen bevorzugt werden. Mit Training könnte ein System mit drei rotatorischen und einem translatorischen Freiheitsgrad für zukünftige robotergestütze Systeme angewendet werden. Ob sich durch Ergänzung eines fünften und sechsten Freiheitsgrades auf Dauer ein deutlicher Vorteil bringt, bleibt offen. Für zukünftige Entwicklungen im Bereich der minimalinvasiven Chirurgie müssen alle Aspekte, die eine intuitiven Durchführung einer chirurgischen Naht ermöglichen, berücksichtigt werden. Dazu zählen nicht nur die Freiheitsgrade, sondern ebenso die dreidimensionale Sicht, haptisches Feedback, sowie eine entsprechende Steuerung.