Робот-ассистированная радикальная простатэктомия: сравнительный анализ движений инструментов

экспериментальная и клиническая урология № 2 2025

Контакт: Мусакаева Камила Ринатовна,

Contacts: Kamila R. Musakaeva,

По мере увеличения количества проведения радикальной робот-ассистированной простатэктомии возрастает и важность оценки хирургических навыков при проведении данного оперативного вмешательства. Важно систематически оценивать хирургические навыки каждого хирурга, который выполняет робот-ассистированные оперативные вмешательства, чтобы определить текущую позицию этого хирурга на кривой обучения [1]. Кривая обучения – это период, во время которого происходит совершенствование хирургических навыков, благодаря различным тренировочным и образовательным методикам [1, 2].

Продолжительность кривой обучения характеризуется минимальным числом выполненных операций, необходимым для выхода на плато удовлетворительных результатов.

Однако автоматически и количественно оценить хирургические навыки во время роботизированной хирургии сложно, поскольку эти навыки в первую очередь связаны с движением хирургических инструментов. Отслеживание движений хирургических инструментов во время радикальной робот-ассистированной простатэктомии (РАРП) является важным шагом на пути к автоматизации измерения технических навыков хирурга [1].

Было показано, что показатели движения хирургических инструмента, рассчитанные на основе траектории движения инструмента, коррелируют с опытом хирурга, прогрессом кривой обучения и показателями результатов лечения пациентов [2].

Как правило, расчет показателей движения инструмента возможен только непосредственно с использованием кинематических выходных данных робота [1, 2]. Но применение методов компьютерного зрения для генерации и получения данных о положении инструмента позволит рассчитывать показатели движения хирургических инструментов исключительно на основе видеозаписи оперативного вмешательства, не полагаясь на выходные данные конкретного хирургического устройства.

Технические навыки хирурга обычно оцениваются экспертами во время видеообзора с использованием рейтинговых шкал, которые присваивают числовые значения конкретным характеристикам, проявляемым движениями хирурга [3]. Например, шкала Глобальной оперативной оценки навыков лапароскопии (GOALS) использует пятибалльную шкалу Лайкерта для оценки восприятия глубины хирурга, бимануальной ловкости, эффективности и умения работать с тканями. Оценки GOALS иногда также используются в качестве основы для сравнения других методов оценки технических навыков хирурга. Вместо того, чтобы полагаться на ручную проверку, в ряде исследований изучались методы автоматизации оценки технических навыков на основе модели движений хирурга. Для модели движения хирурга можно рассчитать интересующие показатели, такие как длина пути, скорость, ускорение, угол поворота и кривизна инструментов, и использовать их для определения уровня квалификации хирурга [4-5]. Кроме того, было выявлено, что показатели плавности движений, такие как рывки, указывают на недостаточное мастерство выполнения задачи, что можно использовать для измерения прогресса хирурга по кривой обучения [6].

Существующие работы показали возможность использования подходов на основе численных показателей для ранжирования хирургов с разным уровнем технических навыков [7].

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

На базе клиники Башкирского государственного медицинского университета в сотрудничестве с федеральным государственным автономным образовательным учреждением высшего образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» была проведена интерпретация хирургических инструментов в поле зрения роботического комплекса Da Vinci Xi. Для определения оценки движений хирурга нами использовалась нейросеть YOLOv8 (You Only Look Once) – семейство моделей обнаружения объектов на базе YOLO (Ultralytics Inc). YOLOv8 – это детектор объектов реального времени, представляющий собой единую платформу для обучения моделям обнаружения объектов, сегментации экземпляров и классификации изображений.

Для отслеживания хирургических инструментов в поле зрения в программе реализованы несколько алгоритмов трекинга.

Для распознавания движения инструментов хирурга был создан собственный датасет для дообучения модели детекции новых объектов. Всего для наполнения датасета было проанализировано 40000 кадров операций, в которых определены 60000 инструментов. Данные вычисления составлены на основании анализа 30 оперативных вмешательств, которые, в свою очередь, состоят из 1500 фреймов, а именно робот-ассистированной радикальной простатэктомии, выполненной двумя хирургами. Из них хирург 1 выполнил 14 оперативных вмешательств, а хирург 2 – 16 оперативных вмешательств.

Проводился анализ 4-х видов хирургических инструментов, применяемых при данном оперативном вмешательстве, а именно Fenestrated Bipolar Forceps, ProGraps Forceps, Monopoles Curved Scissors, Large Needle Driver. Так же проводилась оценка длительности оперативного вмешательства и сравнение методики двух хирургов.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

На базе клиники Башкирского государственного медицинского университета был проведен анализ 30 робот-ассистированных радикальных простатэктомий, из которых 14 операций провел хирург 1 и 16 операций провел хирург 2 (табл. 1).

Таблица 1. Сравнительная характеристика показателей робот-ассистированных простатэктомий, проведенных хирургами 1 и 2

Table 1. Comparative characteristics of the indicators of robot-assisted prostatectomies performed by surgeons 1 and 2

Показатели Indicators	Хирург 1 Surgeon 1	Хирург 2 Surgeon 2
Время оперативного вмешательства Time of surgical intervention	102,8 мин/min	90,6 мин/min
Соотношения времени и расстояния для хирургических инструментов
Fenestrated Bipolar Forceps	36,4 м/m	12,6 м/m
ProGraps Forceps	8,8 м/m	25,7 м/m
Monopoles Curved Scissors	25,4 м/m	41,2 м/m
Large Needle Driver	17,2 м/m	10,2 м/m

Исходя из полученных нами данных, можно сделать вывод, что средняя продолжительность робот-ассистированной простатэктомии составляет 102,8 минут для хирурга 1 и 90,6 минут для хирурга 2. Также в ходе оперативного вмешательства хирург 1 в наибольшей степени задействует такие хирургические инструменты, как Fenestrated Bipolar Forceps 36,4 метра и Monopoles Curved Scissors 25,4 метра. Хирург 2 же в основном использует ProGraps Forceps 25,7 метров и Monopoles Curved Scissors 41,2 метра. В то же время по мировым данным среднее время операции составляло 246 минут [8-10]. При этом по мере накопления опыта данный показатель снижался.

Робот-ассистированная радикальная простатэктомия в среднем состоит из 12 этапов: мобилизация сигмовидной кишки, мобилизация мочевого пузыря, мобилизация и пересечение шейки мочевого пузыря, мобилизация задней стенки с выделением семенных пузырьков, мобилизация боковых стенок с пересечением правого и левого сосудисто-нервных пучков, пересечение дистального отдела уретры, задняя реконструкция стенки мочевого пузыря и уретры, наложение уретро-везикального анастомоза и передняя реконструкция стенки мочевого пузыря и уретры. Также проводится подвздошно-запирательная лимфаденэктомия с обеих сторон. Тогда как по мировым стандартам не всегда проводится задняя реконструкция стенки мочевого пузыря и уретры [11-13].

Пример расчета и построения графика координат хирургических инструментов в каждый момент времени и расстояние, пройденное ими за весь период оперативного вмешательства, отображены на рисунке 1 для хирурга 1 и рисунке 2 для хирурга 2.

(хирург 1)

Fig. 1. Time and distance relationships for surgical instruments (surgeon 1)

Рис. 2. Соотношения времени и расстояния для хирургических инструментов (хирург 2)

Fig. 2. Time and distance relationships for surgical instruments (surgeon 2)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, исследование анализа времени движения инструментов является важным шагом в направлении оптимизации ресурсов и повышения эффективности медицинского процесса.Дальнейшие исследования и разработки в этой области позволят нам получить более глубокое понимание движения роботических инструментов и разработать инновационные методы и техники для оптимизации работы хирурга.

ИШАТУРА/ШЕЕЕКШ

ЛИТЕРАТУРА/REFERENCES