功能近红外光谱（fNIR）

功能近红外光谱（fNIR）；一种测试关节镜技能的新工具

2021 6月19日星期六

份额|

 

巴里斯·科卡奥格鲁1

 

Alper皮划艇2

 

埃米恩·阿克索伊3

 

作者：Baris Kocaoglu1、Alper Kaya2、Emin Aksoy3、Kurtulus Izzetoglu4、Atahan Agrali2

 

1 ESSKA U45委员会主席兼土耳其伊斯坦布尔Acibadem Mehmet Ali Aydinlar大学骨科和创伤学系，

2土耳其伊斯坦布尔Acibadem Mehmet Ali Aydinlar大学骨科和创伤学系，

3土耳其伊斯坦布尔Acibadem Mehmet Ali Aydinlar大学高级模拟与教育中心，

4美国宾夕法尼亚州费城德雷克塞尔大学生物医学工程、科学与健康系统学院

 

医疗保健和外科培训的频繁改进需要新颖的循证方法来教授和评估手术室内外的手术技能。由于当今的道德问题，手术室的学习也受到限制。因此，外科教育的研究已转向更好、更有效的教学方法。虚拟关节镜培训和尸体课程是主要的外科培训工具。但每个人都有不同的学习曲线，这些曲线通常不会在课程和项目结束后进行资格测试。在手术室接触患者之前，住院医师必须进行技术技能测试。

 

通过使用基于错误的检查表和全球评级量表以及更高的认知功能测试（如功能性脑成像），可以通过时间和灵活性等简单指标来衡量技术技能（1）。功能性近红外光谱（fNIR）是一种非侵入性光学大脑成像工具，可监测前额叶皮层（PFC）内总血红蛋白对认知、运动和感觉激活的反应（1），（图1）。该方法首次被战斗机飞行员培训计划用于测试飞行员的程序性航空技能以获得资格。PFC负责电机规划、组织和管理。它控制认知功能和动作，并与其他具有执行功能的皮层回路一起工作，包括注意力和工作记忆（2，3）。

 

图1：左图中的红外指示器显示，在关节镜手术过程中，经验丰富的外科医生的额叶皮层耗氧量较高。右图中的红外指示器显示，在关节镜手术过程中，经验丰富的外科医生的额叶皮层O2消耗较低。

 

当前的fNIR系统大小相当于智能手机，使用电池供电并无线传输即时数据，从而能够在日常环境中评估大脑活动并评估训练（图2）。fNIR由于其无创、便携、小巧且可移动，有潜力在未来的学习/训练环境中使用，以提供客观、基于任务的大脑测量，用于评估学习过程中的认知努力和神经处理。与练习时间表和运动技能获取相关的一个重要概念是上下文干扰。情境干扰是一种学习现象，它影响在获得多个类似任务时练习的组织方式。当任务按顺序呈现时，会产生低上下文干扰（阻塞练习），而当任务按非顺序呈现时会产生高上下文干扰（随机练习）。

 

图2:

 

内窥镜课程利用阻塞式有序练习，学习者在进行下一项任务之前执行固定次数的相同任务，或直到达到预定义的熟练程度（5）。情境干扰研究的假设是：1）获得多个相似的任务/技能；2） 每个任务的试验次数相等，3）设计的唯一变化是如何安排或安排练习。基于这些假设的应用，我们做出了以下预测：1）在习得过程中，以封锁顺序获得任务的学习者将比以随机顺序获得任务者表现更好；2） 在采集结束时，封锁和随机练习命令的表现类似；3）在保留和迁移测试中，以随机练习顺序获得任务的学习者比以封锁顺序练习任务的学习人员表现更好。(6)

 

自2005年以来，一些研究已经实施了用于评估外科技能培训的情境干扰范式。在Shewokis等人发表的一项研究中，他们实施了不同程度的任务复杂性，并在训练/获取阶段增加了试验次数，在所有试验期间进行了fNIR监测。他们得出的结论是，与封闭的随机练习相比，通过更好的表现和更少的认知负荷来保持和转移模拟英语，随机练习可以增强学习他们得出的结论是，与封闭的随机练习相比，通过更好的表现和更少的认知负荷来保持和转移模拟内窥镜任务，可以增强学习。

 

Shetty等人让一组新手外科医生完成了8小时的模拟腹腔镜手术缝合技能培训（7）。在训练结束时，新手在专家级别执行缝合任务，而他们的前额叶氧合血红蛋白激活率是腹腔镜专家的5倍。Crewthers等人在对腹腔镜手术训练和脱训中的技能获得和压力适应进行纵向调查时使用了相同的任务，他们还报告了在获得训练结束时（训练300分钟）前额叶皮层活动没有减弱，（8）。这证明声誉和长时间的练习是提高技能的重要因素，而这些人的前额叶皮层活动较低。

 

我们还在虚拟膝关节镜模型（瑞士苏黎世VirtaMed）上进行了一项试点研究，并将10名没有经验的骨科住院医师与5名有经验的外科医生进行了比较。对随机练习顺序任务（包括追星和半月板切除手术）进行了测试，发现住院患者的平均前额叶氧合血红蛋白激活率是关节镜手术中有经验的外科医生的6倍。这项初步研究证明，fNIR可用于客观地定义关节镜教育的有效性。

 

总之，光学成像可用于在模拟关节镜环境中捕获学习效果。通过在实践和测试评估过程中结合光学成像，可以设计外科技能课程，并根据个人学员进行个性化设置。这种新的手术技能测试方法可能是在手术室开始前进行关节镜手术培训的强制性工具。此外，考虑到fNIR的便携性和安全性，这种光学成像模式非常适合构建满足当前外科培训需求的学习评估和协议。