Virtuálna realita ako tréningová metóda v oblasti FESS a Skull Base

Overview

Povolanie chirurga a pilota nesie spoločné bremeno rizika, že aj nepatrná chyba môže mať za následok katastrofické až fatálne následky. Práve v leteckom tréningu sa historicky prvýkrát začali využívať virtuálne simulátory (VS) v snahe skrátiť „learning curve“ a minimalizovať riziko chýb. S odstupom niekoľkých dekád od zavedenia prvého VS v letectve môžeme s istotou konštatovať, že VS výrazne zvýšil bezpečnosť leteckej dopravy. Táto myšlienka viedla k vytvoreniu prvého chirurgického laparoskopického VS, ktorého koncept využila firma Lockheed ku skonštruovaniu prvého prototypu endoskopického endonazálneho chirurgického (FESS) VS v roku 1996. Od tohto momentu si VS zaobstarali mnohé ORL pracoviská, ale skutočnosťou je minimálne využívanie rezidentmi a chýbajúca integrácia do rezidenčného ORL tréningu. V tomto literárnom prehľade pojednávame potrebu zaradenia VS do ORL tréningu a radi by sme oboznámili odbornú verejnosť s novinkami v oblasti VS.

Kľúčové slová:
virtuálny simulátor, endonazálna endoskopická chirurgia, ORL tréning

ÚVOD

Chronická rinosinusitída sa v USA zaradila na druhú priečku v rebríčku prevalencie chronických ochorení a v roku 2004 ňou trpelo skoro 14 % obyvateľov USA (4, 6). Endoskopická endonazálna chirurgia (FESS) sa stala štandardom v liečbe ochorení prínosových dutín. Koncept FESS sa môže zdať priamočiary a jednoduchý, ale skutočnosťou sú ojedinelé, ale zato veľmi závažné komplikácie z dôvodu lokalizácie prínosových dutín v tesnej blízkosti delikátnych štruktúr ako je orbita a báza lebky (14, 16).

Miesto virtuálneho simulátoru v rezidenčnom ORL tréningovom programe

Bezpečné prevedenie FESS vyžaduje prax a znalosti anatómie operovanej oblasti. Špecialista či atestovaný lekár v ČR a na Slovensku by mal podľa kurikula zvládať FESS úplne samostatne. Žiaľ, skutočnosťou na Slovensku i v Českej republike je, že tréningový program nie je štruktúrovaný a chirurg sa dostáva k prvým FESS výkonom často až v neskorších rokoch tréningu bez prípravného školenia. Prieskum chirurgických rezidentov v Holandsku ukázal, že 24,8 % opýtaných prešlo prípravným školiacim programom pred samotným výkonom na sále a len 18,2 % rezidentov sa cíti po ukončení tréningu kompetentných  samostatne operovať (3). Klasický prístup „jednu operáciu asistuj, druhú urob“ je v dnešnej dobe neprípustný z dôvodu medializácie a tlaku verejnosti na bezchybné výsledky chirurgov. Len v rokoch 1990 – 2003 prebehlo v USA 41 súdnych procesov, ktoré riešili zanedbanie starostlivosti v spojení s FESS. Priemerná suma, ktorou boli pacienti odškodnení, predstavovala 751,275 dolárov (8). Z tohto dôvodu chirurgický tréning v Holandsku a Veľkej Británii prešiel reštrukturalizáciou. Momentálne každý rezident pred prvými praktickými skúsenosťami na operačnom sále musí povinne absolvovať laparoskopickú virtuálnu simuláciu (13). Z kohorty 245 rezidentov sa v 75 % vyjadrilo, že VS je efektívna tréningová pomôcka. Paradoxne len 11 % rezidentov využilo VS v čase, keď ešte nebol povinne zaradený do tréningu, z čoho môžeme konštatovať, že len dobrovoľný tréning na VS nie je postačujúci (3).

Prvým prototypom FESS simulátora sa stal ES3 Lockheed v roku 1996 (2). Systém bol medzičasom značne zdokonalený. Momentálne v sebe spája virtuálnu anatomickú projekciu, haptickú odpoveď, navigáciu hlasom a hodnotenie výsledku za účelom tréningu rezidentov. Prvá validačná štúdia ES3 porovnávala kumulatívne výsledky týchto troch skupín: študenti medicíny, rezidenti s predchádzajúcimi FESS skúsenosťami a atestovaní, plne trénovaní chirurgovia. Po prvej simulácii skupiny vykazovali evidentné rozdiely v skóre, ale na konci štúdie po splnení požiadaviek kurikula prekvapivo všetky tri skupiny dosiahli porovnateľné výsledky. Po opätovnom otestovaní študentov sa ukázalo, že schopnosti dosiahnuté na ES3 VS si udržali aj po dobe dlhšej ako tri mesiace (5). Ďalším dôležitým aspektom je rozdielnosť v tvare „learning curve“ medzi začínajúcimi rezidentmi a atestovanými lekármi. Tvar krivky u začínajúcich rezidentov je výrazne prudší, tzn. majú lepšiu schopnosť využiť nadobudnutý tréning (13). Je všeobecne známe, že za kvalitne vykonanou operáciou stojí z 25 % zručnosť a zo 75 % rozhodovacie schopnosti (7). Fried v multi-centrickej štúdii skúmal transferabilitu základných endoskopických zručností nadobudnutých v intenzívnom modeli tréningu vo virtuálnej realite. Dve skupiny rezidentov (jedna skupina absolvovala VS tréning a druhá nie) boli nahrané na video záznam a následne ohodnotené v inom centre zaslepeným panelom. Rezidenti, ktorí prešli VS tréningom, dosahovali konzistentne lepšie výsledky (5). (graf 1)

Azda najčastejším dôvodom nízkej dostupnosti VS je vysoká finančná náročnosť, za ktorou stojí hlavne haptická odpoveď systému. Preto sa Bakker rozhodol formou dotazníka identifikovať najproblematickejšie oblasti počas FESS u začínajúcich chirurgov a zároveň zodpovedať otázku, či v chudobnejších krajinách nie je postačujúci aj lacnejší VS. Prieskum priniesol prekvapivé výsledky; ako najobtiažnejšie boli hodnotené kognitívne úlohy spojené s orientáciou, 3D projekciou operovaného poľa v mysli a pozmenenou anatómiou počas revíznych výkonov. Manuálne aspekty FESS rezidenti ohodnotili ako ľahké, okrem práce so 70° optikou. Z tohto vyplýva, že aj nízko-nákladový simulátor bez haptickej odpovede môže byť postačujúci (1).

Súčasne dostupné virtuálne simulátory

Od vzniku prvého simulátora sa technologický vývoj výrazne posunul vpred a na tento koncept nadviazali ďalšie firmy, a to nielen v oblasti rinológie. Populárnymi sa stali napríklad VS koniotómie, disekcie tonzíl, temporálnej kosti a v neposlednom rade prepracované neurochirurgické VS, ktoré pokrývajú aj oblasť rinobázy. Chirurgické VS stále výsledkami nedosiahli úroveň leteckých VS, ale ich pozitívny efekt na psychomotorický vývoj chirurga potvrdili početné validačné štúdie (17, 19).

Oblasť rinológie zastupujú na trhu tieto sýstémy: GPRWMF Endoscopic Sinus Simulation, ES3 Lockheed, Voxel Man Sinus Surgery, S.I.M.O.N a Lapsim.

Dokonalý VS by mal v sebe spájať:

• Haptickú odpoveď.
• Realistické a hodnoverné grafické spracovanie.
• Simuláciu katastrofických scenárov a riešenie komplikácií.
• Systém hodnotenia kvality výkonu rezidenta.
• Reproducibilitu.
• Realistické nástroje.
• Nízku hardvérovú náročnosť a portabilitu na domácom počítači (obr. 1).

Azda najdôležitejší prvkom je práve haptická odpoveď, pod čím rozumieme vlastnosť dodať simulácii spätnú väzbu vo forme odporu, čím sa tréning stáva realistickejším. K úplnosti je nevyhnutná projekcia. Najjednoduchším a zároveň najlacnejším riešením je zobrazenie na LCD/LED HD monitore, ale niektoré firmy ponúkajú aj možnosť 3D okuliarov či zakrivenú obrazovku. Virtuálne prostredie je skonštruované z vysokocitlivých microCT/MRI skenov pomocou vhodného softvéru (napr.: Osirix). V druhej dobe je prostredie graficky doplnené o realistický povrch sliznice s prvkami ako krvácanie, sekrét či „CSF leak“.

Počas samotného tréningu rezidenti dostanú spočiatku jednoduchú nešpecifickú komplexnú úlohu charakterizovanú jednoduchým mechanickým úkonom (premiestňovanie objektov), vyžadujúcim relatívne široké spektrum technických zručností (vizualno-motorickú koordináciu, odhad hĺbky v dvojdimenzionálnom obraze, bimanuálnu súhru, vyrovnanie sa s limitovaným taktilným vnemom z operačného poľa, schopnosť spracovania sprostredkovaného stranovo prevráteného obrazu, vyrovnanie sa s obmedzením škály smerov voľného pohybu inštrumentov, vykonávanie dominantných úkonov nedominantnou rukou, efektivitu pohybu inštrumentov (15). Následne získané zručnosti môžu aplikovať vo virtuálnom prostredí nosovej dutiny prevedením úkonov ako infiltrácia sliznice, uncinatektómia, predná etmoidektómia, maxilárna antrostómia, orientácia, manipulácia s rôznymi inštrumentami, výber inštrumentov.

Všetky vyššie spomenuté vlastnosti v sebe spája nový prototyp vyvinutý pod vedením profesora Carneyho v austrálskom Adeleide - GPRWMF Endoscopic Sinus Simulation. Výhodou je, že systém nevyžaduje finančne náročnú pracovnú stanicu, ale je plne prispôsobený na výkonný domáci počítač a prostredie sa zobrazuje na štandardnom domácom monitore. Chirurg pracuje s replikou endoskopu, ktorý je prepojený so systémom haptickej odpovede a inštrumentom, ktorý je vo virtuálnom prostredí reprezentovaný špecifickým digitálnym chirurgickým nástrojom (napr. Blakesley forceps). Systém sa obnovuje 1000krát za sekundu a obraz sa aktualizuje 30krát za sekundu, čím vytvára „real-time“ pocit prebiehajúcej operácie.

Autori projektu v snahe dosiahnuť čo najrealistickejší obraz doladili prvky ako trakčný odpor endoskopu, odraz svetelných lúčov na sliznicu, deformovateľnú sliznicu a hodnoverné krvácanie s rozdielnou intenzitou (9, 10, 11, 12) (obr. 2, obr. 3).

ZÁVER

VS je ekonomicky náročná, ale zároveň dokázateľne efektívna tréningová pomôcka. Jej implementácia prináša pacientovi minimalizáciu komplikácií a zlepšienie kvality života. Skracuje „learning curve“, prináša vyššiu kvalitu výkonu a minimalizuje potenciálne nepriaznivé funkčné následky výkonu. Domnievame sa, že pred vlastným zaobstaraním VS je nevyhnutné zvážiť integráciu do národného tréningového kurikula v prvých rokoch tréningu. 

Poďakovanie

Týmto by sme radi poďakovali prof. Simonovi Carneymu za poskytnutie ukážok protoypu GPRWMF Endoscopic Sinus Simulation.

Adresa ke korespondenci:

MUDr. Miroslav Tedla, Ph.D.

Klinika ORL a chirurgie hlavy a krku LF UK

Antolská 11

851 07 Bratislava

Slovenská republika

e-mail: miro.tedla@gmail.com