Kadaverstudie zur Testung der Ergonomie und Performance bei der Verwendung eines Roboter-Exoskops mit kopfgetragenem Display in der Wirbelsäulenchirurgie

Abstract-Text deutsch

Einführung

Bei der Verwendung herkömmlicher Mikroskope wird der Komfort der Chirurg:innen durch langfristige Fehlhaltung beeinträchtigt. Monitorbasierte Exoskope könnten dieses Problem lösen, da sie eine günstigere Körperhaltung ermöglichen, wie bereits in präklinischen Studien gezeigt wurde. Ziel dieser Studie war es, die Benutzerfreundlichkeit und den Komfort eines neuartigen, Head-Mounted Display (HMD) basierten Exoskops in einem simulierten OP-Setting zu testen.

Material/Methode

Insgesamt 21 Neurochirurg:innen, die das Gerät noch nicht kannten, nahmen an einem Kadaver-Workshop teil. Nach einer standardisierten 10-stufigen mikrochirurgischen Trainingsübung wurden die Teilnehmer:innen gebeten, mit dem Exoskop eine lumbale Dekompression an menschlichen Kadavern durchzuführen. Anschließend füllten alle Teilnehmer:innen einen Fragebogen zu Komfort und Sicherheit aus. Für die objektive Bewertung der Leistung wurden alle Eingriffe auf Video aufgezeichnet und retrospektiv ausgewertet. Die Operationsvideos wurden im Hinblick auf den Abschluss der Dekompression, die Anzahl der fehlerhaften Befehle an den Roboter und die notwendigen Nachjustierungen des Displays analysiert.

Ergebnisse

14 Männer und 7 Frauen mit einem Durchschnittsalter von 34 Jahren (Interquartilsrate [IqR] 30,5; 39,5) nahmen an der Studie teil. Die durchschnittliche Zeit pro Dekompression (Beginn der Laminotomie bis zur abgeschlossenen Dekompression) betrug 15 Min. (IqR 9,6; 24,2); 3 Teilnehmer:innen (14%) mussten den Eingriff vorzeitig beenden. Eine signifikant höhere Inzidenz von Rücken-/Nackenschmerzen (p=0,002 für Rücken-, p=0,046 für Nackenschmerzen) sowie eine höhere Anzahl von HMD-Nachjustierungen (p=0,045) und eine verminderte Tiefenwahrnehmung (p=0,03) wurden bei den Dropouts festgestellt. Die mediane Rate der fehlerhaft ausgeführten Befehle für das Exoskop lagen bei 23% für das erste und bei 19%, 10% und 22% für das zweite, dritte und vierte Quartal der OP-Zeit. Bei 11 Teilnehmer:innen (52%) musste das HMD während des Eingriffs neu justiert werden, während 33% der Teilnehmer:innen anderweitige technische Unterstützung benötigten. Insgesamt waren die Chirurg:innen mit dem Exoskop zu 84% zufrieden (IqR 37,5; 46,0).

Diskussion

Bereits nach einer kurzen präinterventionellen Schulung war es möglich, eine suffiziente Dekompression der lumbalen Wirbelsäule mit dem HMD-basierten Exoskop durchzuführen. Eine fehlerhafte HMD-Einstellung zu Beginn des Eingriffs kann zu Unbehagen und limitierten Operationserfolgen führen. Die hohe Zufriedenheit der Chirurg:innen mit der Verwendung des HMD-basierten Exoskops kann als Ausgangspunkt für einen reibungslosen Übergang zu neuen intraoperativen Visualisierungsgeräten dienen.

Abstract-Text englisch

Introduction

Surgeon comfort is affected by long-term misalignment when using conventional microscopes. Monitor-based exoscopes could provide a solution as they allow a more favorable posture as already shown in pre-clinical studies. The aim of this study was to test the usability and comfort of a novel head-mounted display (HMD) based exoscope in a simulated OR-setting.

Material/Methods

A total of 21 neurosurgeons naïve to the device participated voluntarily. After a standardized 10-step microsurgical training exercise, participants were asked to perform a single-level lumbar decompression on human cadavers using the exoscope. Subsequently, all participants completed a comfort and safety questionnaire. For the objective evaluation of the performance, all interventions were videotaped and were retrospectively analyzed. The surgical videos were analyzed for completion of the decompression, the number of incorrect commands to the robot and necessary display readjustments.

Results

14 men and 7 women with a mean age of 34 (inter-quartile rate [IqR] 30.5; 39.5) were participating in the study. The average time per decompression (start of the laminotomy to finalized decompression) was 15 min. (IqR 9.6; 24.2); 3 participants (14%) had to terminate the procedure prematurely. A significantly higher incidence of back/neck pain (p=0.002 for back, p=0.046 for neck pain) as well as an increased frequency of HMD readjustments (p=0.045) and decreased depth perception (p=0.03) were found in the dropouts. The median rate of incorrectly executed commands for the exoscope was 23% for the first and 19%, 10%, and 22% for the second, third and fourth quarters of the overall procedure time. 11 participants (52%) required HMD readjustment during the procedure while 33% required other technical assistance. Overall, the surgeons" satisfaction with the exoscope was 84% (IqR 37.5; 46.0).

Discussion

With the help of a standardized, pre-interventional training, it was possible to perform sufficient spinal decompression using the HMD-based exoscope. Incorrect HMD-setup at the start of the procedure may lead to discomfort. The high overall satisfaction of the surgeons using the HMD-based exoscope may serve as start for a smooth transition towards new visualization devices.