Разработка нового модуля виртуальной реальности для симуляции лапароскопической овариэктомии у собак

Jennie Redander¹, Kerstin Anagrius², Karolina Brunius Enlund¹, Flemming Bjerrum^3,4,5, Lena Ström¹ and Odd Höglund^1*
1Department of Clinical Sciences, Faculty of Veterinary Medicine and Animal Science, Swedish University of Agricultural Sciences, Ulls väg 26, Uppsala 756 51, Sweden
²Evidensia Djursjukvård AB, Östhammarsgatan 74, Stockholm 115 28, Sweden
³Gastrounit, Surgical section, Copenhagen University Hospital – Amager and Hvidovre, Kettegård Alle 36, Hvidovre 2650, Denmark
⁴Copenhagen Academy for Medical Education and Simulation (CAMES), Ryesgade 53B, København 2100, Denmark
⁵Department of Clinical Medicine, Faculty of Health and Medical Sciences, University of Copenhagen, Blegdamsvej 3B, Copenhagen 2200, Denmark
*Correspondence: Odd Höglund, odd.hoglund@slu.se

Аннотация

Овариэктомия у собак — часто выполняемая процедура в ветеринарной практике, которую можно проводить как через открытую лапаротомию, так и лапароскопическим доступом. Лапароскопия требует иных психомоторных навыков, чем те, что необходимы при открытой хирургии. Многие из этих базовых навыков можно изначально приобретать в процессе симуляционного обучения. Обучение хирургии на симуляторах приносит пользу и хирургу, и пациенту, позволяя осваивать новые навыки в менее стрессовой обстановке и одновременно снижая риск для пациента. Обучение с использованием виртуальной реальности (VR) хорошо известно в медицине человека, однако ранее модули VR для обучения ветеринарным лапароскопическим вмешательствам отсутствовали. Целью проекта была разработка VR-модуля-симулятора лапароскопической овариэктомии у собак для симулятора LapSim^® (Surgical Science, Гётеборг, Швеция). Такой модуль мог бы предоставить ветеринарным хирургам возможность приобретать базовые технические навыки, необходимые для лапароскопической овариэктомии у собак. В качестве экспертов по информационному наполнению выступали хирурги, имеющие опыт лапароскопической овариэктомии; разработка велась поэтапно и итерактивно. Была выбрана трёхпортовая техника; она включала нахождение и приподнимание рога матки, а также коагуляцию и пересечение тканей для освобождения яичников. Органами и тканями, с которыми хирург взаимодействовал во время симуляции, были селезёнка, кишечник, поджелудочная железа, яичники, рога матки, поддерживающие связки, мезометрий и мезоварий. В модуль было включено моделирование кровотечения из селезёнки, сосудов яичников и матки. Были определены направления дальнейшего совершенствования симуляции. В качестве примеров можно привести усиление тактильной обратной связи при некоторых манипуляциях с тканями и возможность варьировать длину яичниковой ножки. Последний этап симулируемой процедуры включал визуальные ориентиры для проверки гемостаза. Хотя такие подсказки не являются частью реальной операции, с образовательной точки зрения определение анатомических ориентиров считалось полезным. В настоящее время начато исследование валидности для оценки модуля как инструмента аттестации.

Плановая овариэктомия и овариогистерэктомия у здоровой самки собаки — рутинная хирургическая процедура в ветеринарной медицине. Операцию можно выполнить открытым абдоминальным способом, однако она также хорошо подходит для лапароскопического доступа [1]. По сравнению с открытой техникой лапароскопический метод имеет ряд преимуществ для пациента: более короткий период восстановления [2], меньшее количество ноцицептивных стимулов [3], меньшая потребность в анальгезии [4] и меньшее число осложнений заживления ран [5]. Однако минимально инвазивная хирургия требует обучения, специфичного для конкретной процедуры, поскольку необходимые технические навыки отличаются от тех, что требуются при традиционной лапаротомии [6]. Симуляционное обучение позволяет приобрести базовые технические навыки, которые затем могут быть усовершенствованы под контролем в операционной [7]. Тренировка в симулированной среде снижает риск для пациента за счёт уменьшения вероятности ошибок в операционной [8] и одновременно повышает уверенность обучающихся [9]. К симуляционным методам, доступным ветеринарным хирургам, желающим освоить лапароскопию, относятся кадаверные модели и боксовые тренажёры различной сложности [10; 11]. Для врачей в медицине человека также доступны модели виртуальной реальности (VR), имитирующие процедуры на основе анатомии человека. В недавнем систематическом обзоре, посвящённом дополненной и виртуальной реальности в ветеринарной медицине [12], не было упомянуто ни одной публикации о доступном обучении процедурам на VR-симуляторах для ветеринарных специалистов. VR-симуляторы имеют несколько преимуществ: они позволяют легко повторять упражнения, поскольку не требуют замены расходных компонентов, использования живых животных или кадавров. Кроме того, они могут фиксировать стандартизированные данные и обеспечивать автоматизированную обратную связь по результатам выполнения. Целью этого проекта была разработка нового VR-модуля симуляции лапароскопической овариэктомии у собак для симулятора LapSim^® (Surgical Science, Гётеборг, Швеция), чтобы предоставить ветеринарным хирургам возможность осваивать базовые технические навыки в процессе тренировки на симулированной процедуре.

Модуль лапароскопической овариэктомии у собак был разработан в сотрудничестве между Surgical Science (Гётеборг, Швеция) и Шведским университетом сельскохозяйственных наук (Уппсала, Швеция). Модуль создавался для LapSim^® (илл. 1) — хорошо зарекомендовавшего себя VR-симулятора для оценки и обучения в хирургии человека [13]. Симулятор оснащён тактильной обратной связью, при которой физическое ощущение реального контакта с тканями создаётся через инструменты во время симуляции. Симулятор непрерывно записывает данные о ходе выполнения, такие как время, движения инструмента, кровопотеря, ошибки и т. д. После каждого симулированного сеанса симулятор может автоматически выдавать обратную связь о результатах.

В процессе разработки в качестве экспертов по информационному наполнению выступали профессор хирургии мелких животных (главный исследователь) и старший ветеринарный хирург, оба с многолетним опытом лапароскопии и преподавания. Главный исследователь, спонсоры и Surgical Science сформулировали первоначальные цели проекта, определив, что должна включать симуляция. Модуль-симулятор должен был корректно воспроизводить анатомию собаки, иметь тактильную обратную связь, а включённые психомоторные навыки должны были быть релевантны выполнению лапароскопической овариэктомии у собак. Разработка представляла собой поэтапный итеративный процесс между разработчиками программного обеспечения и экспертами по содержанию до тех пор, пока продукт не был признан завершённым в соответствии с исходными целями.

Основой для расчёта размеров симулированной брюшной полости и включённых органов послужила компьютерная томография (КТ) брюшной полости самки австралийской овчарки (весом примерно 20 кг). КТ выполняли до и после внутривенного введения йогексола, и исследование проводилось по причинам, не связанным с этим проектом. Собаку сканировали с изотропным разрешением 1 мм; реконструкция 3D КТ выполнялась с толщиной среза 1 мм и ядром B30s серии Spine Helical (Somatom Definition AS 64; Siemens, Нидерланды). Surgical Science использовала внутреннее программное обеспечение для преобразования КТ-изображения в 3D-модель. Разработчики создали брюшные ткани и органы на основе анатомических рисунков, фотографий и видео нескольких различных процедур лапароскопической овариэктомии у собак (илл. 2). Для этого использовались Autodesk Maya (Autodesk, Inc.) — приложение для 3D-компьютерной графики — вместе с внутренним программным обеспечением Surgical Science. Чтобы познакомиться с реальным внешним видом и тактильными свойствами органов, разработчики участвовали в учебных визитах, где наблюдали за живыми лапароскопическими операциями. Кроме того, они посетили патологоанатомическое отделение Шведского университета сельскохозяйственных наук и участвовали в кадаверных занятиях вместе со студентами-ветеринарами, что позволило им пальпировать органы.

Наружной границей симулированной полости служила брюшная стенка; в число включённых органов и тканей входили селезёнка, кишечник, поджелудочная железа, яичники, рога матки, поддерживающие связки, мезометрий и мезоварий. К селезёнке, яичникам и матке были добавлены сосуды. При неполной коагуляции артерий и вен яичников и рогов матки возникало кровотечение. Кроме того, при неосторожном обращении с селезёнкой моделировалось диффузное кровотечение из неё. В случае кровотечения из яичниковых или маточных сосудов обучающийся мог остановить его, захватив ткань и выполнив коагуляцию. При кровотечении из селезёнки его можно было остановить, если обучающийся надавливал инструментом на кровоточащее место в течение 15 секунд. Кровь скапливалась в брюшной полости рядом с ножкой яичника, отражая общий объём кровопотери при возникновении кровотечения.

Пациент располагался в заранее заданном, не регулируемом положении Тренделенбурга с наклоном вбок для улучшения визуализации органов. VR-симуляция включала стандартные инструменты, предлагаемые симулятором LapSim. В начале симуляции в одной руке был представлен захватывающий зажим, а в другой — биполярное устройство для коагуляции/разделения сосудов, напоминающее LigaSure (Medtronic). В ходе процедуры можно было менять инструменты. Были доступны разные типы щипцов и ретракторов. Также имелся отсасывающий инструмент на случай необходимости удаления скопившейся крови перед проверкой гемостаза. Симулятор контролировал камеру и тем самым имитировал процедуру трёхпортовой техники с ассистентом, управляющим камерой, за исключением финального этапа, на котором камерой управлял сам обучающийся, чтобы проверить гемостаз. После успешного удаления яичников на экране появлялись визуальные кольца, направлявшие процесс проверки гемостаза, что завершало симуляцию.

Во время разработки было принято несколько решений. Эти решения основывались на знаниях экспертов по информационному наполнению о процедуре, их опыте преподавания хирургии, а также на технической и экономической осуществимости. Для симулируемой процедуры была выбрана трёхпортовая техника: два порта для инструментов и один для камеры [14]. В литературе описаны одно- и двухпортовые техники [4; 15], однако именно трёхпортовая, обеспечивающая хорошую возможность тренировки бимануальной координации, была признана подходящей для начального этапа обучения лапароскопической овариэктомии. Кроме того, моделирование наложения трансабдоминального подвешивающего шва для фиксации собственной связки к брюшной стенке, как это делается при одно- и двухпортовых техниках, было признано слишком сложным и менее подходящим для симуляции в виртуальной реальности. Помимо собственно этапов процедуры, одним из ключевых аспектов сотрудничества между экспертами по информационному наполнению и разработчиками программного обеспечения было обеспечение реалистичного поведения и взаимодействия органов. Ещё одной важной задачей была калибровка плотности, массы и тактильных свойств тканей. Эти настройки основывались на субъективных оценках экспертов.

По завершении проекта были определены возможные улучшения симуляции. Например, отсутствовала надлежащая фиксация селезёнки, что позволяло ей нереалистично анатомически смещаться при чрезмерных манипуляциях. По мнению экспертов по информационному наполнению, селезёнка также могла кровоточить несколько легче, чем следовало бы, однако было решено, что это может иметь педагогическую ценность, поскольку способно побуждать обучающегося обращаться с селезёнкой осторожно. Завершением процедуры служила проверка гемостаза, при которой на экране появлялись визуальные кольца, направлявшие обучающегося. Однако это снижало реалистичность, поскольку не соответствовало процессу живой операции, где отсутствуют внешние подсказки для выполнения необходимых шагов. Ещё одной областью потенциального улучшения была тактильная обратная связь. В некоторых эпизодах симуляции она была выражена слабее, чем при реальной процедуре, например при захвате и рассечении верхушки рога матки. Симуляция не являлась полноценной процедурой, поскольку не включала установку портов, а также завершалась контролем гемостаза, то есть извлечение яичников наружу и закрытие разрезов были опущены. Возможным дополнением к модулю могла бы стать опциональная вариабельность длины яичниковой ножки, поскольку это позволило бы создать разные уровни сложности.

Несмотря на эти возможные направления дальнейшего развития, модуль потенциально может обучать слушателя основным этапам процедуры — от нахождения рога матки до контроля гемостаза яичниковых и маточных сосудов. Помимо этих процедурных этапов лапароскопической овариэктомии у собаки, обучающийся отрабатывает необходимые психомоторные навыки для лапароскопии, такие как восприятие глубины, зрительно-моторная координация, адаптация к эффекту точки опоры и бимануальная координация.

Модуль виртуальной реальности для лапароскопической овариэктомии у собак был разработан как педагогический инструмент, помогающий ветеринарным хирургам приобретать технические навыки и процедурные знания. В 2023 году компания Surgical Science сделала его коммерчески доступным для ветеринарного сообщества. В настоящее время начато исследование валидности, необходимое для оценки полезности модуля как инструмента аттестации.

Доступность данных. Не применимо.
Благодарности. Мы благодарим всех сотрудников Surgical Science, принимавших участие в разработке. Мы также выражаем искреннюю благодарность Greater Stockholm Veterinary Care Foundation за вклад в развитие VR-симуляции хирургии в ветеринарном сообществе.
Финансирование. Открытый доступ профинансирован Шведским университетом сельскохозяйственных наук. Разработка модуля стала возможной благодаря финансированию со стороны Greater Stockholm Veterinary Care Foundation.
Вклад авторов. JR нёс основную ответственность за подготовку и редактирование рукописи. KA и OH выступали в качестве экспертов по содержанию в ходе разработки. KA, KBE, FB, LS и OH рассмотрели и переработали рукопись. OH выступал руководителем проекта в сотрудничестве с Surgical Science (Гётеборг, Швеция). Все авторы одобрили окончательную версию рукописи.
Этическое одобрение и согласие на участие.Для этого исследования не требовалось официального или институционального этического одобрения.

Источник:Acta Veterinaria Scandinavica (2025) 67:28. © The Author(s) 2025. Open Access This article is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License, which permits use, sharing, adaptation, distribution and reproduction in any medium or format, as long as you give appropriate credit to the original author(s) and the source, provide a link to the Creative Commons licence, and indicate if changes were made. The images or other third party material in this article are included in the article’s Creative Commons licence, unless indicated otherwise in a credit line to the material.