ÖZET

Amaç:

Göz içi membran soyma prosedürleri sırasında meydana gelen hareket hatalarının indükleme ve düzeltilmesinde cerrahın rolünü anlamak.

Gereç ve Yöntem:

23-gauge pnömatik forsepsin distal ucundaki hareket hatalarını kayıt etmek için optik yansıtıcı sensörler kullanıldı. Hareket hataları, forseps sapı hem elde tutulduğunda hem de insan teması olmadan sabitlendiğinde kaydedildi. Ayrıca hareket hataları forseps şaftının hem proksimal kısmında (sklerotomi bölgesine yakın) hem de distal kısmında kaydedildi ve sonuçları karşılaştırıldı. Optik sensörlerden elde edilen sinyallarin karekök ortalaması (RMS) ve aralığı, yüksek (7-13 Hz) ve düşük (<5 Hz) frekans filtreleri uygulanmadan önce ve uygulandıktan sonra hesaplandı.

Bulgular:

İnsan teması olmadan, sabitleştirilmiş pnömatik forsepsin ucundaki hareket hatalarının RMS ve aralığı, elde tutulan pnömatik forsepsin ucundaki hareket değerleri ile karşılaştırıldığında, X ekseninde tüm frekanslarda ve Z ekseninde sadece yüksek frekansta istatistiksel olarak daha düşük bulunurken, Y ekseninde frekansların hiçbirinde istatistiksel olarak fark bulunmadı (p<0,05). Ayrıca, yine insan teması olmadan, sabitleştirilmiş pnömatik forsepsin distal kısmındaki hareket hatalarının RMS ve aralığı, forsepsin proximal kısmındaki değerler ile karşılaştırıldığında, tüm frekanslarda distal kısımındeki hareket değerleri istatistiksel olarak anlamlı derecede daha yüksekti (p<0,05). İnsan teması olmadan, sabitleştirilmiş pnömatik forsepsi kapatmaya yönelik, sapına uygulanan yükleme derecesi ile forsepsin ucundaki hareket hatalarının RMS ve aralığı arasında istatistiksel olarak anlamlı pozitif korelasyon tüm eksenlerde ve sadece yüksek frekansta görüldü (r=0,21-0,51; p<0,05).

Sonuç:

Cerrahtan kaynaklanan ve cerrahtan kaynaklanmayan hareket hataları tüm eksenlerde görülmektedir, ancak deneyimli cerrahlar bu hataları düzeltmek için bir mekanizma uygulamaktadırlar. Cerrahların uyguladığı bu düzeltme mekanizması, görsel geri bildirime dayalıdır ve etkisi görünebilir düzlemlerde daha belirgindir. Sklerotomi bölgeleri forseps için pivot ve stabilizasyon noktası sağlar ve iyi koordinasyona sahip olan bir cerrah bu bölgeyi hareket hatalarını azaltmak için kullanır. Bu tekniği mesleğe yeni başlayan cerrahlara ögretmek faydalı olabilir.

Giriş

El tipi vitreoretinal forseps, retina yüzeyinden membran soymak için yaygın olarak kullanılmaktadır.^1,2 Membran soyulurken forseps ucunda istemsiz hareket hataları meydana gelebilir. Bu hareket hataları hassasiyet kaybına ve olasılıkla cerrahi travmaya neden olabilir. Daha önce yapılan çalışmalarda, sistem etkinleştirilirken önemli hareket hatalarının olabileceği, bunun farklı bir aktivite katmanı eklediği ve cerrahın dikkatini dağıttığı gösterilmiştir. Bu korelasyon tek bir cerrah veya tek bir tip alete özgü değildir.^3,4,5,6 Etkinleştirme sürecinin daha iyi kontrol edilmesini sağlamak ve istemsiz hareketleri azaltmak amacıyla, etkinleştirmenin pnömatik olarak yapıldığı el aletleri geliştirilmiştir (CONSTELLATION® Pnömatik elcik, Grieshaber® Gelişmiş DSP uçları). Bu elcikler hafif ve ergonomik olacak şekilde tasarlanmıştır ve etkinleştirme ayak pedalı ile daha kontrollü şekilde yapılır. Bununla birlikte, pnömatik forseps hakkında farklı görüşler vardır. Bazı cerrahlar iç limitan membranı soymaya başlamanın daha kolay olduğunu düşünürken, diğerleri optik sensörlerden yararlanarak yaptıkları karşılaştırmada pnömatik elcikler ile manuel etkinleştirilen elcikler arasında, eğer manuel etkinleştirilen elcikler bu cihazlar ile deneyimi olan cerrahlar tarafından kullanılıyorsa, düşük frekanslı istenmeyen hareketleri azaltma açısından bir fark olmadığını göstermiştir.^4,7 Bu bulgu, bu hareket hatalarının bir kısmının cerrahların kas hafızasından veya belki de forsepslerin farklı kısımlarının birbirleri ve çevre dokularla etkileşiminden kaynaklanabileceğini düşündürmektedir. Bu çalışmada, pnömatik etkinleştirilen forsepslerdeki hareket hatalarına cerrahların pozitif veya negatif katkılarını anlamayı amaçladık.

Gereç ve Yöntem

Göz içi forsepslerin kavrama uçlarının kartezyen koordinatlarını kaydetmek ve aynı anda hareketin sınırlarını izlemek için optik sensörler kullandık. Test sistemi daha önce bildirilmiştir. Kısaca, yansıtıcı optik sensörler (YOS) (Vishay semiiconductors, model numarası TCRT5000) kullanıldı. Yansıtıcı sensörler, 950 nm dalga boyuna sahip kızılötesi vericiler ve görünür ışığın ulaşamadığı fototransistörlerden meydana gelir. Kullanınılan YOS’lerin ölçüleri 10,2x5,8x7 mm, tepe çalışma mesafesi 2,5 mm ve çalışma aralığı 0,2 ila 15 mm idi. Kırk iki mm çapında plastik bir yarım kürenin amaca yönelik hazırlanan yuvalarına 3 periferik YOS yerleştirildi. Yuvalar, YOS panellerden 10 mm mesafede ve panellere dik bir açıyla tutacak şekilde tasarlandı. Aletin kavrama ucuna dik olan birinci panele bakan şaftı oluşturan tüpe merkezi bir YOS’de yerleştirildi. Ayrıca, intraoküler forsepsin şaftına birbirine dik açıda üç adet düz dairesel plastik panel takıldı.² Ön panel kavrama ucuna dik olacak şekilde yerleştirildi ve iki adet yan panel forsepsin şaftına paralel olarak konumlandırıldı. Forseps şaftı sklerotomiyi taklit eden bir delikten yarım küreye sokuldu.⁴ Deneyler sırasında, 23G bir uca (Grieshaber ® Advanced DSP) bağlı pnömatik elciğin (CONSTELLATION ®) ucu, etkinleştirme işlemi gerçekleştirilirken her üç sensörden de kayıt alınmasını sağlamak için yarımkürenin merkezinde tutuldu. Ölçümler ayak pedalı kullanılarak 4 etkinleştirme döngüsü boyunca tekrarlandı. Sistem, cerrahtan kaynaklanmayan hareket hatalarını kaydetmek için kullanıldığında, forseps sapı ve sensörler arasındaki hareketleri ortadan kaldırmak için forseps sapı, optik sensörleri barındıran plastik yarımküreye takıldı. Ancak, sistem cerrahların etkisini kaydetmek için kullanıldığında, Birleşik Krallık’ta eğitim almış, daha önce en az 2.000 retina ve 500 maküla cerrahisi deneyimi olan ve çalışma sırasında İngiltere Ulusal Sağlık Servisi’nde bağımsız vitreoretinal danışman görevine devam eden iki vitreoretinal cerrahtan, pnömatik elciği elle tutmaları ve ucunu alanın ortasındaki bir noktaya sabitlenmiş olan kalemin altında tutmaya çalışmaları istendi. Dört döngüden oluşan her deney 5 kez tekrarlandı ve cerrahi sırasında karşılaşılan durumu taklit etmek için işlem, ameliyat mikroskobu ile doğrudan görüntüleme yapılırken gerçekleştirildi.

Bu çalışmada ayrıca, forseps şaftının cerraha bağlı olmayan distal (sklerotomi bölgesinden uzaktaki) ve proksimal (sklerotomi bölgesine daha yakın olan) bölgedeki hareketlerini karşılaştırdık. Bunun için, paneller modifiye edilerek elcik plastik yarımküreye takılıyken panellerin forsepsin proksimal kısmına bağlanmaları sağlandı ve etkinleştirme sırasında panellerin hareketleri kaydedildi. Şekil 1’de kayıt sisteminin detayları, şaftın proksimal ve distal kısımlarına bağlanan modifiye paneller ve eksenlerin forsepsin distal ucuna göre hizalanması gösterilmektedir.

Deneyler sırasında veriler 4 meridyende kaydedildi: (1) ön-arka (X ekseni): kavrama ucunun kullanıcıya doğru veya kullanıcıdan uzağa sapması, bu eksen sagittal düzlemde kullanıcıya diktir ve dolayısıyla kullanıcı tarafından en az görülebilen eksendir, (2) lateral (Y ekseni): kavrama ucunun yana doğru sapması, (3) derinlik (Z ekseni): bulbus içindeki forseps şaftının uzunluğudur ve forseps ucunun retinaya yaklaşma ve uzaklaşma hareketini yansıtır (4) etkinleştirme (A ekseni): şaftın etkinleştirme tüpünde ilerlemesi. Yarımküre içinde kavrama ucunun konumunu belirlemek için periferik YOS ile paneller arasındaki mesafeye ait veriler kullanıldı. İlerletme düzeyini belirlemek için ise merkezi YOS ile ön panel arasındaki mesafeye ait veriler kullanıldı. Kalibrasyon, önceki çalışmamızda tarif edilen şekilde yapıldı.⁴ Şekil 2, X, Y ve Z eksenlerindeki hareket hatalarını ve elde tutulan ancak ayak pedalı ile pnömatik olarak etkinleştirilen forsepslerin ilerlemesini göstermektedir.

Kaydedilen verilerin karekök ortalaması («root mean square», RMS) değerleri, sırasıyla yüksek (fizyolojik tremor) ve düşük frekanslı (kayma ve seğirme) istemsiz hareketlerin spesifik analizini yapabilmek için 7 ve 13 Hz köşe frekanslı bir üçüncü dereceden Butterworth filtresi ve 5 Hz köşe frekanslı düşük geçiş filtresi uygulanmadan önce ve sonra hesaplanmıştır. Elde edilen veriler parametrik değildi; bu nedenle, etkinleştirme düzeyi ile istemsiz hareketler arasındaki korelasyon Spearman korelasyon katsayısı ile ve istemsiz hareketlerin aralığı ile RMS’nin karşılaştırılması ise Mann-Whitney U testi ile yapıldı. P değerinin 0,05’ten küçük olması istatistiksel anlamlı kabul edildi.

Bulgular

Y ekseninde, sabitlenmiş bir pnömatik elcik ile elde tutulan bir pnömatik elcik arasında RMS ve hareket hatası aralığı açısından tüm frekanslarda, düşük frekanslarda ve yüksek frekanslarda anlamlı bir fark yoktu. X ekseninde, sabitlenmiş bir pnömatik elcik ile elde tutulan bir pnömatik elcik arasında RMS ve hareket hatası aralığı değerleri tüm frekanslarda, düşük frekanslarda ve yüksek frekanslarda anlamlı düzeyde daha düşüktü (p<0,05). Z ekseninde, sabitlenmiş bir pnömatik elcik ile elde tutulan bir pnömatik elcik arasında RMS ve hareket hatası aralığı değerleri tüm frekanslarda ve düşük frekanslarda anlamlı bir fark yoktu. Ancak sabitlenmiş bir pnömatik elcik için yüksek frekanslı hareket hatalarının RMS ve aralık değerleri elde tutulan bir pnömatik elcikte tespit edilenlere göre anlamlı olarak daha yüksekti (p<0,05). Tablo 1’de sabitlenmiş veya elde tutulan forsepsler için her eksendeki ve tüm frekanslardaki RMS ve aralık değerleri gösterilmektedir.

Forsepsin distal ve proksimal bölümleri karşılaştırıldığında, tüm frekanslarda, düşük frekanslarda ve yüksek frekanslarda 3 eksende de genel hareket hatalarının RMS ve aralık değerlerinin forsepsin distal bölümünde proksimal bölüme göre anlamlı olarak daha yüksek olduğu bulundu. Tablo 2’de forseps şaftının distal ve proksimal bölümlerinin RMS ve aralık değerleri gösterilmiştir.

Hareket hataları ile etkinleştirme derecesi arasındaki ilişkiye bakıldığında, her üç eksende de insan teması olmayan sabitlenmiş pnömatik elcik yüksek frekanslı hareket hataları için, etkinleştirme düzeyi ve RMS ve aralık değerleri arasında istatistiksel olarak anlamlı pozitif korelasyon vardı (p≤0,05). Bu korelasyonun Spearman korelasyon katsayıları sırasıyla X ekseninde 0,285 ve 0,205, Y ekseninde 0,478 ve 0,415 ve Z ekseninde 0,506 ve 0,431 idi. Ancak, etkinleştirme derecesi ile düşük frekanslı hareket ve tüm frekanslardaki hareketler arasındaki korelasyonlar istatistiksel olarak anlamlı değildi. Tablo 3, sabitlenmiş bir pnömatik elciğe bağlı 23G bir forsepsin distal ucundaki etkinleştirme derecesi ile düşük frekanslı hatalar arasındaki korelasyonu göstermektedir.

Tartışma

İntraoküler membran soyma işlemi sırasındaki hareket hataları, doku hasarına ve geri dönüşü olmayan görmeyi tehdit edici komplikasyonlara neden olabilir.^8,9 Bu tür hatalar daha önce araştırılmış ve fizyolojik titremeyi temsil eden yüksek frekanslı hareket hataları ve seğirme, sapmaları ve kaymaları temsil eden düşük frekanslı hareket hataları olarak ayrılmıştır. Düşük frekanslı hareket hataları, yüksek frekanslı olanlardan daha büyük genliktedir ve operatör, forseps bıçaklarının kapanmasını sağlamak için elciği sıkarak forsepsi manuel olarak etkinleştirmeye çalıştığında daha büyük ve fark edilebilir hatalara neden olabilir.^{3,4,10,11,12,13,14} Bu nedenle, bu tür hataları azaltmak için ayak pedalları aracılığıyla uzaktan çalıştırılan pnömatik forsepsler geliştirilmiştir. Ancak, önceki çalışmalar bu tür forsepslerin manuel olarak çalıştırılanlardan yalnızca yüksek frekanslı hareket hatalarını azaltmada daha üstün olduğunu göstermiştir. Daha önce yapılan çalışmalar, cerrah faktörü ortadan kaldırıldığında etkinleştirmenin hareket hataları üzerindeki etkisinin daha az belirgin olduğunu ileri sürmüş, ancak cerrahın hareket hataları üzerindeki etkisinin niteliği daha fazla araştırılmamıştır.⁴ Bu çalışmada pnömatik, ayak pedalı ile kontrol edilen forsepsler kullanılarak cerrahların farklı eksen ve frekanslarda indükleyici/sönümleyici hareket hataları üzerindeki etkisinin derinlemesine bir analizi gerçekleştirilmiştir. Forseps şaftının farklı bölgelerindeki hareketleri kaydetmek için optik sensörler kullanmayı tercih ettik. Bu yöntemin güvenilir olduğu kanıtlanmıştır ve aynı zamanda bu yöntem ile forseps test teçhizatının çerçevesine sabitlenerek cerrah etkisinin ortadan kaldırılması mümkündür.⁴

Çalışmamızda pnömatik forsepslerin el ile tutulmasının farklı eksenlerde farklı şekillerde hareket hatalarını etkilediği gösterilmiştir. Örneğin; forsepslerin elle tutulması, Z eksenindeki yüksek frekans hatalarındaki artış dışında Y ve Z eksenlerinde hareket hatalarını önemli ölçüde etkilememiştir. Ancak cerrahın elinin etkisi, forsepsin düzeneğe sabitlenerek ortadan kaldırıldıktan sonra X ekseninde tüm frekanslardaki hareket hataları azalmıştır. Bu, cerraha bağlı hareket hatalarının en belirgin olarak X ekseninde olduğu anlamına gelmektedir. Bu bulgunun olası bir açıklaması, deneyler sırasında X ekseninin cerrahlar için daha az görünür olması, Y ve Z eksenlerinin ise görme eksenine dik düzlemde olması nedeniyle ellerinden kaynaklanan hareket hataları hakkında görsel geribildirim sağlayarak bu hataları azaltması olabilir.

Çalışmamızda ayrıca, sklerotomi bölgesindeki pivot noktadan uzakta, distal uçta, hareket hatalarının daha belirgin olduğunu izledik. Daha önce yapılan çalışmalarda da sensörler sklerotomi bölgesinden uzakta olan forseps elciğinin ucuna takıldığında hareket hatalarının daha büyük olduğu gösterilmiştir.¹⁵ Bu bulgu büyük olasılıkla sklerotomi bölgesinin stabilize edici etkisinden kaynaklanmaktadır. Bununla birlikte, forsepslerin distal ucunun, soyma işleminin yapıldığı yer olduğu unutulmamalıdır. Forsepsin distal ucu ile cerrahın parmak pozisyonu arasındaki mesafe kabaca 40 mm olup, pivot noktası olan sklerotomi yeri yaklaşık bu mesafenin ortasında yer almaktadır.⁴ Deneyimli cerrahların sklerotomi bölgesinin stabilize edici etkisini, görsel geri bildirim yoluyla algıladıkları hareket hatalarını azaltmak için kullanıyor olmaları olasıdır.^5,16

Bu çalışmanın bir diğer ilginç bulgusu ise cerrah eli etkisi ortadan kalktığında düşük frekanslı hareket hataları ile etkinleştirme işlemi arasındaki korelasyonun kaybolmasıdır. Bu tür bir korelasyon daha önce sadece elle etkinleştirilen forsepslerde değil, aynı zamanda elde tutulan ancak pnömatik olarak etkinleştirilen forsepslerde de bildirilmiştir.⁴ Bulgularımız daha önceki çalışmalarda öne sürülen hipotezi desteklemektedir, forsepsi elle etkinleştirme konusunda daha deneyimli cerrahlar, uzun dönem kas hafızası nedeniyle ayak pedalı ile etkinleştirme sırasında el kaslarını yanlışlıkla kullanma eğilimindedir.

Çalışmanın Kısıtlılıkları

Çalışmanın kısıtlılıklarından biri cerrahların deneyimlerinin sonuca etkisiydi. Ancak, her iki cerrah da deneyimliydi ve deneyler birden fazla kez tekrar edilerek yanlılık daha da azaltıldı.

Sonuç

Sonuç olarak, cerraha bağlı ve cerrahtan bağımsız hareket hataları tüm eksenlerde görülmektedir, ancak deneyimli cerrahlar bu hataları düzeltmek için bir mekanizma kullanır. Bu düzeltme mekanizması, cerrahın en fazla görsel geribildirim aldığı düzlemde en iyi çalışır. Sklerotomi bölgeleri forseps için pivot ve stabilizasyon noktası sağlar ve iyi koordinasyona sahip olan bir cerrah bu bölgeyi hareket hatalarını azaltmak için kullanır. Bu tekniği mesleğe yeni başlayan cerrahlara ögretmek faydalı olabilir.¹⁷ Eye Si gibi göz cerrahisi simülasyon sistemleri el göz koordinasyonun geliştirilmesinde ve istemsiz el hareketlerinin azaltılmasında önemli rol oynayabilir.^17,18,19,20

Etik

Etik Kurul Onayı: Bu araştırma laboratuvar araştırması olduğundan etik kurulu onayına gerek olmamaktadır.

Hakem Değerlendirmesi: Editörler kurulu dışında olan kişiler tarafından değerlendirilmiştir.

Yazarlık Katkıları

Cerrahi ve Medikal Uygulama: M.D., D.S., Konsept: M.D., D.S., Dizayn: M.D., D.S., Veri Toplama veya İşleme: M.D., D.S., Analiz veya Yorumlama: M.D., D.S., Literatür Arama: M.D., Yazan: M.D.

Çıkar Çatışması: Yazarlar tarafından çıkar çatışması bildirilmemiştir.

Finansal Destek: Yazarlar tarafından finansal destek almadıkları bildirilmiştir.

References

Dogramaci M, Williamson TH. Dynamics of epiretinal membrane removal off the retinal surface: a computer simulation project. Br J Ophthalmol. 2013;97:1202-1207.

Henrich PB, Monnier CA, Halfter W, Haritoglou C, Strauss RW, Lim RY, Loparic M. Nanoscale Topographic and Biomechanical Studies of the Human Internal Limiting MembraneNanoscale Studies of the Human ILM. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2012;53:2561-2570.

Riviere CN, Rader RS, Khosla PK. Characteristics of hand motion of eye surgeons. IEEE. 1997;4:1690-1693.

Dogramaci M, Steel DH. Unintentional movements during the use of vitreoretinal forceps. Transl Vis Sci Technol. 2018;7:28.

Balicki M, Uneri A, Iordachita I, Handa J, Gehlbach P, Taylor R. Micro-force Sensing in Robot Assisted Membrane Peeling for Vitreoretinal Surgery. Med Image Comput Comput Assist Interv. 2010;13:303-310.

Gonenc B, Feldman E, Gehlbach P, Handa J, Taylor RH, Iordachita I. Towards Robot-Assisted Vitreoretinal Surgery: Force-Sensing Micro-Forceps Integrated with a Handheld Micromanipulator. IEEE Int Conf Robot Autom. 2014;2014:1399-1404.

Charles M. Closed system and expanded instrumentation improves MIVS outcomes. Retina Today. 2011:84-89.

Gonenc B, Balicki MA, Handa J, Gehlbach P, Riviere CN, Taylor RH, Iordachita I. Evaluation of a Micro-Force Sensing Handheld Robot for Vitreoretinal Surgery. Rep U S. 2012;2012:4125-4130.

Hubschman JP, Bourges JL, Choi W, Mozayan A, Tsirbas A, Kim CJ, Schwartz SD. ‘The Microhand’: a new concept of micro-forceps for ocular robotic surgery. Eye (Lond). 2010;24:364-367.

Harwell RC, Ferguson RL. Physiologic tremor and microsurgery. Microsurgery. 1983;4:187-192.

Schenker PS, Barlow EC, Boswell C, Das H, Lee S, Ohm TR, Paljug ED, Rodriguez G, Charles ST. Development of a telemanipulator for dexterity enhanced microsurgery. 2nd Intl Symp Med Robot Comput Assist Surg 1995:81-88.

Song C, Gehlbach PL, Kang JU. Swept source optical coherence tomography based smart handheld vitreoretinal microsurgical tool for tremor suppression. Annu Int Conf IEEE Eng Med Biol Soc 2012;2012:1405-1408.

Song C, Gehlbach PL, Kang JU. Active tremor cancellation by a “Smart” handheld vitreoretinal microsurgical tool using swept source optical coherence tomography. Opt Express. 2012;20:23414-23421.

Riviere CN, Khosla PK. Accuracy in positioning of handheld instruments. Engineering in Medicine and Biology Society, Bridging Disciplines for Biomedicine. Annu Int Conf IEEE Eng Med Biol Soc. 1996:212-213.

Gomez-Blanco M, Riviere CN, Khosla PK. Intraoperative tremor monitoring for vitreoretinal microsurgery. Stud Health Technol Informs. 2000;70:99-101.

Mazinani BA, Rajendram A, Walter P, Roessler GF. Does surgical experience have an effect on the success of retinal detachment surgery? Retina. 2012;32:32-37.

Kottke FJ, Halpern D, Easton JK, Ozel AT, Burrill CA. The training of coordination. Arch Phys Med Rehabil. 1978;59:567-572.

Omata S, Someya Y, Adachi S, Masuda T, Hayakawa T, Harada K, Mitsuishi M, Totsuka K, Araki F, Takao M, Aihara M, Arai F. A. A surgical simulator for peeling the inner limiting membrane during wet conditions. PloS one. 2018;13:e0196131.

Hunter IW, Jones LA, Sagar MA, Lafontaine SR, Hunter PJ. Ophthalmic microsurgical robot and associated virtual environment. Comput Biol Med. 1995;25:173-182.

Grodin MH, Johnson TM, Acree JL, Glaser BM. Ophthalmic surgical training: a curriculum to enhance surgical simulation. Retina. 2008;28:1509-1514.

Göz İçi Membran Soyma Prosedürleri Sırasında, Hareket Hatalarını İndükleme ve Kontrol Etmede Cerrahın Rolü