【论文分享】动捕技术在模拟手术研究中的运动学测量应用

诺亦腾学术前沿分享  第二期

研究领域 | 职业性肌肉骨骼疾患 (work-related musculoskeletal disorders)

论文作者 | 英国拉夫堡大学&莱斯特大学学者 

               Ryan Sers, Steph Forrester, Massimiliano Zecca,

               Stephen Ward, Esther Moss

全文字数 | 约1000字

阅读时间 | 约2分钟

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研究背景

肥胖是导致肿瘤、癌症的主要原因之一。腹腔镜手术是治疗癌症的基础手段，医生会将腹腔镜放入微创切口，伸至病灶进行治疗。

然而有报告称，为肥胖患者完成腹腔镜手术后，医生频发职业性肌肉骨骼疾患（work-related musculoskeletal disorders, MSDs），颈椎、背部、肩膀是最常提及的不适部位。但患者肥胖与手术医生患MSDs之间的关系未有研究证实。

基于此，来自英国拉夫堡大学和莱斯特大学的Ryan Sers和Esther Moss等五位学者，使用诺亦腾 Perception Neuron 惯性动捕设备采集医生模拟手术的动作数据，开展系列研究。

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研究过程

十位外科医生担任实验参与者，按经验水平分为专家、中级和新手。BMI是常用的肥胖程度指标，研究者用不同厚度的海绵模拟不同BMI水平的病人。具体细节如下表所示。

BMI对应泡沫厚度和参与者信息（图表整理自原文）

 

参与者上半身动作数据由诺亦腾 PN 设备获取，该设备有17个IMU（惯性测量单元），本研究只捕捉上半身动作数据，使用11个IMU，动作数据以120赫兹的频率无线传输至电脑，供后续数据分析。穿戴方式如下图。

本研究中诺亦腾 PN 的穿戴方式

参与者进行模拟手术的场景，红色方块表示诺亦腾 PN 的 IMU 位置

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实验结果

参与者的运动学变量和手术时间的描述性统计

BMI和手术经验对运动学变量的影响

 

结果显示，与BMI=20相比，模拟病人BMI=40时，新手参与者的表现会受到严重影响，部分中级参与者表现欠佳。当BMI=50时，专家参与者的表现也会下降。

急动、角速度、积累位移上升、手术时间延长，表明在面对BMI水平高的模拟病人时，参与者的操作受到更大阻力，上肢动作的频率和力度增加，需反复纠正自己的操作，且动作幅度更大，从而导致了之前报告中提及的颈椎、背部、肩膀的不适风险。

实验全程，诺亦腾PN准确采集参与者动作数据，为后续统计分析打好基础。结论表明，病人肥胖会降低医生的手术效率，经验不足的医生受影响更大。研究者认为，医生应在职业生涯早期，就训练为肥胖病人完成手术的能力。随着世界肥胖率的上升，符合人体工程学的训练和技术应考虑加入手术之中，以降低医生出现职业性肌肉骨骼疾患的概率。

*本文图表除特别注明外，均摘自论文原文。

文献来源

Sers, R., Forrester, S.E., Zecca, M., Ward, S., & Moss, E. (2021). Objective assessment of surgeon kinematics during simulated laparoscopic surgery: a preliminary evaluation of the effect of high body mass index models. International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery, 17, 75 - 83.

原文链接（复制浏览器访问）：

https://link.springer.com/article/10.1007/s11548-021-02455-5