Enhancing robotic head and neck surgical skills using stimulated simulation

使用刺激模拟增强机器人头颈手术技能

基本信息

  • 批准号:
    10586874
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 61.86万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-06-05 至 2027-05-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Enhancing robotic head and neck surgical skills using stimulated simulation Abstract We propose stimulated simulation as the next paradigm for accelerating simulator-based training of transoral robotic surgery (TORS) using noninvasive brain stimulation. TORS is a minimally invasive technology that is seeing rapid adoption in the field of otolaryngology - head and neck surgery to resect benign and malignant tumors of the pharynx and larynx as well as treat obstructive sleep apnea. As a relatively novel and complex procedure, surgeons are learning to perform TORS after their residency, mostly during a fellowship year. However, TORS has a steep learning curve, with a minimum of 20-35 cases needed to achieve basic proficiency. Without a structured curriculum or effective simulation platform, most novice surgeons currently reach the 20-35 case benchmark while operating on live patients. Consequently, positive margin (i.e., the tumor is not entirely removed) rates for oropharyngeal cancers in low-volume centers are twice that in high-volume facilities. Commercially available task trainers and virtual reality simulators for robotic surgery have four major deficiencies: (i) they do not prepare trainees to operate in the confined space of the oropharynx and do not provide the procedure-specific skills necessary for TORS, such as tissue manipulation, retraction, or dissection using electrocautery; (ii) they are platform-dependent – training basic robotic skills for the da Vinci platform (Intuitive Surgical, Sunnyvale, CA), though two platforms are currently FDA approved for TORS, and a third one is waiting for approval, (iii) they are costly, limiting their use to the most affluent centers and (iv) they offer no mechanism to accelerate skill acquisition beyond brute-force repeated practice. To address these limitations, we will design, develop, and validate the first Virtual Transoral Robotic Surgical (VTORS) simulator for training TORS procedures and use transcranial direct current stimulation (tDCS), a safe and effective, well-established, commercially available, wearable noninvasive brain stimulation technique that uses very low direct current (<4mA) applied to the scalp to modulate cortical excitability, to accelerate the surgical skill acquisition. We have assembled a highly interdisciplinary team of researchers to accomplish the two aims of the project: (SA1) Design, develop and validate a high-resolution, ultra-low-cost, versatile, and platform-independent Virtual Transoral Robotic Surgical (VTORS) simulator for TORS tongue base resection; and (SA2) Demonstrate the training efficiency with transcranial direct current stimulation (tDCS) (i.e., stimulated simulation) compared with sham stimulation. Based on the latest developments in off-the-shelf virtual reality (VR) and tDCS technology and open- source simulation software, stimulated simulation has the potential to become the preferred training paradigm – simultaneously improving skills and accelerating skill acquisition - for complex psychomotor skills, including surgery, aviation, driving, sports, and music.
使用刺激的模拟增强机器人头部和颈部手术技能 抽象的 我们建议刺激的模拟作为加速基于模拟器的训练的下一个范式 使用非侵入性脑刺激的横向机器人手术(TOR)。 TOR是一种最少的侵入性 在耳鼻喉科领域快速采用的技术 - 头颈外科手术 咽部和Larrynx的良性和恶性肿瘤以及治疗阻塞性睡眠呼吸暂停。相对 新颖而复杂的程序,外科医生正在学习在住所后进行TOR,主要是在 奖学金年。但是,TOR具有钢制学习曲线,至少需要20-35例 实现基本水平。没有结构化课程或有效的模拟平台,大多数新颖 目前,外科医生在活着的患者手术时达到20-35个病例基准。因此,积极 低量中心的口咽癌的边缘(即,肿瘤未完全去除)是 在大批量设施中两次。机器人的市售任务培训师和虚拟现实模拟器 手术有四个主要缺陷:(i)他们不准备在受训者的狭窄空间中运作 口咽,不提供TOR所需的特定程序技能,例如组织操纵, 撤回或使用电磁性解剖; (ii)它们是依赖平台的 - 培训基本机器人技能 Da Vinci平台(直觉手术,加利福尼亚州桑尼维尔),尽管目前有两个FDA批准了两个平台 TOR和第三个正在等待批准,(iii)它们的代价很高,将其使用限制为影响最大的中心 (iv)他们没有提供任何机制,可以加快蛮力重复练习以外的技能获取。 为了解决这些限制,我们将设计,开发和验证第一个虚拟横向机器人 用于训练TORS程序的手术(VTOR)模拟器并使用trancranial Direct电流 刺激(TDCS),一种安全有效,建立良好,可耐磨性的无创大脑 刺激技术使用非常低的直流电流(<4mA)应用于头皮来调节皮质 兴奋性,以加速手术技能。我们组建了一个高度跨学科的团队 研究人员要完成该项目的两个目标:(SA1)设计,开发和验证高分辨率, 超低成本,多功能和与平台无关的虚拟横向机器人手术(VTORS)模拟器 TOR舌底座切除; (SA2)证明了trancranial Direct电流的训练效率 与假刺激相比,刺激(TDC)(即刺激模拟)。 根据现成的虚拟现实(VR)和TDCS技术的最新发展以及开放 源模拟软件,受刺激的模拟有可能成为首选训练 范式 - 简单地提高技能和加速技能的获取 - 用于复杂的心理运动技能, 包括手术,航空,驾驶,运动和音乐。

项目成果

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