Ali Bakhsh, et al. An Evaluation of the Impact of High-Fidelity Endovascular Simulation on Surgeon Stress and Technical Performance. Journal of Surgical Education. 2018.
Abstract
Purpose：高難度血管内治療チームシミュレーションに関連する生理的ストレス反応を測定すること。
Design：本研究はプロスペクティブ・コホート研究である。
Setting：本研究は、St Mary’s Hospital (Imperial College London, London, UK)の3次施設において実施された。
Participants：35名（血管外科研修医10名、外科インターン4名、手術場看護師12名、血管外科医2名、医学生6名、技師1名）をImperial College LondonのSt Mary’s HospitalにあるImperial Vascular Unitから直接募集した。参加者全員が研究を終了した。
Results：ジュニア外科医は、チームシミュレーションにおいて、個人シミュレーションと比較して交感神経緊張（低周波/高周波（LF/HF）比）が有意に増加した。
6.01±1.68 vs. 8.32±2.84、p＜0.001）。チームシミュレーションでは、ジュニア外科医はシニア外科医よりも有意に高い心拍数（beats per minute）を経験した（82±5.83 vs. 76±6.02, p = 0.033）。主観的作業負荷スコア（NASA Task Load[NASA-TLX])は、シミュレーションのすべての段階において、外科医の交感神経緊張と中程度かつ有意な相関があった。(r = 0.39, p = 0.01)。
Conclusion：高難度血管内治療シミュレーションでは、外科医がストレスの離散的で測定可能な増加を経験し、若手外科医に異なる影響を与える。高難度チームシミュレーションは、非技術的スキルの向上、術中ストレスの軽減、およびエラーの軽減に役割を果たす可能性がある。( J Surg Ed 000:18. Crown Copyright 2018 発行：Elsevier Inc. on behalf of Association of Program Directors in Surgery. All rights reserved.) KEY WORDS: シミュレーション、教育、血管内、手術 COMPETENCIES：システムベースドプラクティス
ABBREVIATIONS：GRS-E, 血管内治療性能のグローバル評価尺度 LF/HF, 低周波/高周波(HF)
NASA-TLX NASAタスクロードインデックス
Introduction
血管外科手術を受ける患者を危険にさらすエラーのうち、非技術的スキルの失敗は最大で半分を占めると思われる。血管内手術では、器具の複雑さ、困難な患者、大規模な集学的手術チーム内で作業する必要性などから、高い非技術的スキルが要求される。この課題は、チームの安定性を欠き、リハーサルなしの不慣れな集学的手術の必要性をもたらす現代の勤務形態によって、さらに悪化している。
ノンテクニカルスキルは、対人関係スキル、実行認知機能、パーソナルリソーススキルの3つの要素から構成されています。テクニカルスキルとは異なり、ノンテクニカルスキルのトレーニングは外科カリキュラムの中で正式なものではありません。卒後研修の大幅な短縮と血管内治療の複雑化により、手術シミュレーションが外科教育の手段として選択されるようになってきている。現在の血管内シミュレータは、主にテクニカルスキルの習得と練習のために設計されており、一般的に重要なノンテクニカルスキルの開発に必要な没入感を提供することはできません。ORCAMPDのような高精度の血管内シミュレーション装置の出現は、非技術的スキルの習得とトレーニングに必要なリアリズムを再現するための理想的なプラットフォームを提供するものである。しかし、この仮説は多面的な検討の下にある。高精細度シミュレーションは、参加者に不信感を抱かせることで
その結果、より強い刷り込みがなされ、スキルの習得が早くなり、将来の行動に永続的な影響を与える。高精度
血管内治療シミュレータを用いたトレーニングは、大動脈内治療における技術的エラー、手技時間、放射線被曝を低減することが既に示されている。もしこのことが証明されれば、非技能的なトレーニングの意義は大きく、特にACGMEによる次世代認定制度の導入を考えると、タイムリーであるといえるだろう。ノンテクニカルスキルの欠如は、認知的負荷の不適切な管理につながる。タスクが個人の認知的閾値を超えると、パフォーマンスが低下し、認知的過負荷と呼ばれる状態になることがある。認知的過負荷は、生理的ストレス反応を引き起こすが、高技能シミュレーションにおいては、認知的負荷とは無関係な生理的ストレスの原因が複数存在し、ストレス反応に寄与している可能性があることに注意する必要がある。本研究では、高難易度チームシミュレーションと低難易度シミュレーションを比較し、参加者の生理的ストレス反応を測定することを目的とする。
Methodology
Participants
本試験は、3種類の血管内治療を比較検討した前向きコホート試験である。Imperial College LondonのSt Mary’s HospitalにあるImperial Vascular Unitから35名（血管外科研修医10名、外科インターン4名、劇場看護師12名、血管外科医2名、医学生6名、技師1名）が募集された。臨床経験に関するデータは、外科研修医10名（男性6名、血管外科経験4.2年±3.8、胸部血管内膜瘤修復術（TEVAR）主術者7.3±6.1）および看護師6名（男性1名、血管外科経験（m, SD）2.1 年±2.2）から収集された。
1.2、TEVARはプライマリーナースアシスタント[m, SD]11.4±6.1）が主役を務めた。残りの参加者は、多職種からなる手術チームを形成し、シミュレーションをサポートする多職種外科チームを形成した。参加者は，交絡を最小限に抑えるため，参加前2時間は激しい運動，カフェイン，タバコを控えた．ジュニア外科医（n = 5）は、EVARの執刀医としての経験が15例未満の外科レジデントと定義した。シニア外科医（n = 5）は、執刀医として15例以上のEVARの経験を持つ者とした。参加者のうち、ORCAMPDの使用経験がある者はいなかった。Imperial College London Educational Ethics Review Serviceの承認を得て、参加者全員からインフォームドコンセントを得た。
Experimental Design
外科系研修医は、あらかじめ設定された研修の段階で評価を受けた。評価のために選択された臨床シナリオは、待機的環境における合併症のないTEVARであった。シミュレーションの各段階は標準化のために時間制限があり、参加者は経験によって必ずしも割り当てられた時間内にタスクを完了することが期待されない。シミュレーションの全ステージは、その後の解析のためにビデオおよび音声で記録された。
外科医の心拍数（HR）および心拍変動（HRV）は，各ステージを通じて連続的に測定された．各ステージ終了後、紙ベースの簡単な（重み付けなしの）NASA-Task Load Index（NASA-TLX）アンケートを外科医および看護師参加者の双方に記入させた。
ステージ1：「ベースライン」、所要時間8分
参加者は人口統計学的アンケートに回答したが、それ以外は座ったままであった。
ステージ2：「口頭リハーサル」（10分間） 外科医は、専門家による標準化された段階的な質問により、指標となるTEVAR手順を口頭でリハーサルし、主要な血管内治療器具を識別するように指示された。
第3段階：「個人シミュレーション」、所要時間20分 外科医は標準的なベンチ型バーチャルリアリティ血管内シミュレータ（Mentice VIST G5 Simulator, Mentice AB, Gothenburg, Sweden）で、専門家のファシリテータが観察しながらindex EVARを単独で施行した。10分と18分後に口頭で時間警告がなされた。
ステージ4：「チームシミュレーション」30分間 チームシミュレーションはORCAMPで行われた。ORCAMPは、検証済みの没入型シミュレーション環境である
(ORCAMPは、電動調節式手術台、リアルな患者ダミー、独立したCアーム操作、バーチャルな手術台を備えた、検証済みの没入型シミュレーション環境である（Orzone AB、スウェーデン、ヨーテボリ）。
ORCAMPは、スウェーデンのOrzone AB社（Gothenburg）が開発し、電動調節式手術台、リアルな患者ダミー、独立したCアーム操作、電離放射線にさらされない仮想フルオロスコピー、あらゆる血管内装置と器具が装備されています。ダイナミックな患者生理学が利用でき、麻酔医、放射線技師、スクラブ、循環看護師、およびインターベンショニストのための専用のワークステーションがあり、チーム全体のトレーニングを促進しました。ワイヤー、カテーテル、模擬バルーン、ステントグラフトを挿入・展開することができ、静的・動的な透視画像も利用可能であった。
各チームシミュレーションでは、外科医と主任看護師は、外科医助手、循環看護師、放射線技師、麻酔医、技師、および専門家進行役の6人のチームメンバーからなる集学的外科チームの支援を受けた。各チームメンバーはトレーニングを受け，信頼性と一貫性を確保するために，各シミュレーションで従うべき標準的な台本が渡された．進行役と技師の役割は受動的であり、主要参加者から要求があった場合にのみ介入した。外科医は、チームリーダーとして、チームの概要説明から手順全体のコントロールが可能であった。
チームリーダーである外科医には、チームの概要説明から手順全体、そして術者支援チームの編成から、TEVAR手技の指標となる手技の実施、およびその後の適切なチームデブリーフィングを行った。症例の医療記録 とX線写真を入手することができた。15分と25分に口頭で時間警告を行った。15分と25分に警告を発した。
Stress measures
HR と HRV は，シミュレーションの全段階を通じて，ワイヤレス心電計（Polar RS800CX, Polar Electro Ltd, Warwick, UK）により連続的に測定された。
心臓モニターは心電図のR-R間隔（NN，ミリ秒）を記録し，そのデータをPolar PrecisionDesignを使用してコンピュータに無線転送した。
を記録し，Polar Precision Software（Polar Electro Ltd, Warwick, UK）を用いてデータをコンピュータに無線転送した．4つのシミュレーション段階のエポックごとに、HR、R-R間隔、パワースペクトル分析の低周波（LF）と高周波（HF）の比（LF/HF）をMATLAB 8.0（The MathWorks, Inc, Natick, Massachusetts）の高速フーリエ変換アルゴリズムで算出した。HRV解析は5分間隔の測定値を用いて行い、HRはポイントの特定を容易にするために1分間隔でグラフ化した。LF成分は交感神経活性に反応して増加し、HF成分は迷走神経緊張に反応して増加すると考えられている。
LF/HF比は交感神経緊張に直線的に比例し、交感神経緊張と等価となる。LF/HF 比と交感神経緊張の関係は妥当であり、感度が高いと考えられる。
ストレスパフォーマンス研究において一般的に使用される主要アウトカム指標であり、繰り返しの血圧測定よりも多くのデータポイントが得られ、侵襲性が低いため、推奨されています。
Technical Skill Measures
Stage2、3、4では、ストレスが技術的パフォーマンスに及ぼす影響を評価するために、血管内治療成績のグローバル評価尺度（GRS-E）スケールを用いて、ビデオ解析により専門観察者が術者のグローバル技術技能を評価した。GRS-Eスケールは、手術手技の一般的な7つの要素から構成されている。手術手技の一般的な構成要素で構成され、5段階のリッカート尺度でマークされる。5段階のリッカート尺度で評価し、中点と極点は明示的な記述子で固定する。は、明示的な記述子によって固定されている。
Statistical Analysis
記述的データは、平均値（m）および標準偏差（SD）で示した。データはShapiroWilk検定を用いて正規分布の検定を行った。HR、HRV（または交感神経緊張）、およびNASA-TLXスコアにおけるシミュレーションの4段階間の差異を比較するために、結合反復測定ANOVA統計検定を使用した。連続的な従属変数について，無関係な2群を比較するために独立t検定を用いた．主観的NASA-TLXと客観的ストレスの一変量線形相関解析は、ピアソンの順位相関係数を用いて計算した。有意水準はp<0.05（2-tailed）とした。すべての統計データ分析は、Statistical Package for the Social Sciences (SPSS) version 24.0 (IBM Corporation. 2012, IBM, Armonk, New York) を用いて実施した。
RESULTS
Shapiro-Wilk統計検定により、データは正規分布であることが示された。
Between Group Stress Comparisons
HRは言語リハーサルおよび個人シミュレーションではベースラインと同じであったが，チームシミュレーションでは両群とも上昇した（Fig.1）。チームシミュレーションでは、若手外科医は上級外科医と比較して有意にHRが上昇した（76±6.02 vs 82±5.83、p = 0.033)。
シミュレーションの4段階すべてにおいて、若手外科医と熟練外科医の交感神経緊張は段階的に増加した（Fig.2）。個人からチームへのシミュレーションにおける若手外科医の交感神経緊張の増加は有意であり、上級外科医にはみられないストレスの増加を示していた（6.01±1.68 vs. 8.32±2.84, p <0.001 ）。チームシミュレーションでは，若手外科医の交感神経緊張は上級外科医よりも有意に高かった（8.32±2.84 vs 5.57±1.90, p < 0.001）。これらの結果は、高難易度チームシミュレーションにさらされた場合、手術経験の少ない外科医ほど高い客観的ストレス反応を示すことを示唆している。
主観的なNASA-TLXスコアは、交感神経緊張の客観的測定値と中程度の相関があった(r = 0.39, p = 0.01) (Fig. 3)。また、看護師と外科医が報告した主観的ストレスに差はなかった。(r = 0.21, p = 0.81)。
Technical skill
シミュレーションシナリオの違いによる技術的な性能のグローバルな差は見られなかった。個別には、シナリオ間で緊張度が上がるとパフォーマンスが下がるということが見て取れたが、この差は有意ではなかった（r = 0.703, p = 0.078）。この関連は、ストレスの少ない上級訓練生は、下級訓練生よりも技術的能力が高く、GRS-E尺度の平均差は（m, SD）3.5±2.26 (p = 0.081, 95% CI -1.13~5.87) という観察から予想されるように、説明することができる。重要なことは、この関連性が本研究の内的妥当性を裏付けていることである。
DISCUSSION
外科研修医は、高難易度チームシミュレーションの要求の高まりに伴う追加的な生理学的ストレスを明らかにするため、難易度を上げながら3つの異なる評価段階において評価された。ジュニア外科医は、低難易度の個人シミュレーションと比較して、高難易度のチームシミュレーションではストレスが有意に増加することが示された。一方、上級外科医はストレスに有意な変化を示さなかった。本研究における潜在的交絡因子は、異なる評価段階の段階的な高感度化によって除去された。背景レベル、認知的想起、技術的技能のパフォーマンス、環境に関連するストレスは、最初の3段階で説明された。したがって、高難易度チームシミュレーション中に若手外科医に見られたストレスの増大は、チーム参加に伴う認知負荷の増加に起因するものと考えられる。
他の研究でも高難度チームシミュレーションで同様のストレス反応が見られたが、高難度チームシミュレーションにおけるチーム関与に関連するストレスを具体的に分離した研究は存在しない。
本研究では、自己申告によるストレスと客観的なストレス測定値との間の関連性の強さを実証している。これは、本調査の外科系研修医が合計5つのアンケートに回答するという、よく言われるアンケート「回答疲れ」の現象によって説明されるかもしれません。しかしながら、参加者が自身のストレスを認識することは、シミュレーションに基づく教育プログラムへの参加および遵守に資することが知られている。自己報告式のストレスと客観的ストレスがよく一致していることから、今後の研究では、時間的、経済的、および物流上の効率性の観点から、ストレスの測定基準として自己報告式のストレス測定値を単独で使用することが支持される。
Association Between Technical Performance and Stress
交感神経緊張反応が高い参加者では、技術的スキルが劣っていたが、この研究では、交感神経緊張反応と技術的スキルの逆相関の有意な結果は得られなかった。この理由は2つあると思われる。第一に、この研究はサンプルサイズが小さいこと、第二に、ストレスとパフォーマンスの間の関連は非線形であることである。Yerkes-Dodsonの法則は、ストレスと技術的スキルの関係が放物線を描くことを示唆している。ストレスが増加すると技術的なパフォーマンスが向上するが、それはある時点までで、それ以降はストレスが増加するとパフォーマンスが低下する。これは，1回のシミュレーションで段階的にストレス要因を設定しなければ検出することは困難である．今後の研究では、性能が低下する適切なストレスのレベルを特定する予定です。これは、教育理論で「近接発達領域」と呼ばれる、学習者のスキルレベルを超えているが、圧倒的に困難ではなく、学習効果が最も高くなる理想的なストレスレベルを知る上で極めて重要である。技術的技能の維持に関する別の説明として、外科研修医は、ストレスレベルが上昇しても、そのパフォーマンスを維持することができるという心強い話があります。このストレス予備軍は、計画的な追加ストレス要因によって確保することができます。 このストレス予備軍は、計画的な追加ストレス要因によって増強することができます。最後に 結果は、外科医と看護師の自己報告によるストレスの間に、一致する正の方向性を示している。
この観察 は、代理人によるチーム全体の効果を示しているのかもしれない。外科医のストレスはチームのストレスと相関していることから、その逆もあり得る。外科医のストレスがチームのストレスと相関していることから、将来的に外科医が高信頼性チーム・シミュレーション・トレーニング・プログラムに参加することで、何らかの利益を得ることができるかもしれない。高難易度チームシミュレーション訓練プログラムにおいて外科医が得る恩恵は チーム全体に及ぶかもしれない。将来の研究では、この重要かつ妥当な仮説を検証する必要がある。この重要かつ妥当な仮説の検証を行うべきである。
Clinical Relevance
本研究は、非技能的スキルトレーニングのためのツールとして高精度シミュレーションが適切であることを示しているが、この関連性を検証するためにはさらなる研究が必要である。さらなる客観的証拠により、ノンテクニカルスキルトレーニングは外科教育の最前線に位置づけられ、外科教育を手術室からシミュレータに移行する際の指針となるであろう。すでに、テクニカルスキルに焦点を当てた没入型チームシミュレーションにより、患者の安全性が向上した例がある。Desenderらは無作為化対照試験において、没入型チームシミュレーションが技術的指標の有意な改善と、手術室におけるマイナーエラーおよびメジャーエラーの減少につながることを実証した。非技術的スキルの不具合はエラーの大きな要因であるため、チーム全体の非技術的スキルトレーニングに焦点を当てることは、患者ケアに同様の影響を与える可能性がある。
Limitations
文献上の既存データが少ないため、統計的検出力の計算ができず、タイプIIエラーのリスクが高まったと認識している。したがって、本研究の結果は、今後の研究の指針となり、仮説を生み出すために利用されるべきである。
上級外科医のストレスの変化を特定するためのアウトカム指標の失敗は、指標となるTEVARシミュレーションが比較的単純であることと、計画的なストレス要因がないことの両方に起因する天井効果の結果である可能性がある。実際、泌尿器科、麻酔科、救急医療分野の研究では、上級外科医が高技能チームシミュレーションから恩恵を受けることが示されている。
技術的スキルのレトロスペクティブな単一専門家によるビデオ解析は、ビデオ映像が評価者の盲点になっていないため、バイアスがかかっている可能性がある。しかし、バイアスの方向は、技術的パフォーマンスおよびストレス連想テストにおける有意性の方向であり、したがって、本研究の結果には影響を及ぼさなかった。この研究で使用された結果指標からは、観察されたストレスの変化が非技術的スキルのどの領域と関連しているのかに関する定性的な情報は得られなかった。定性的データはカリキュラムの設計に不可欠であるため、今後の研究では、機能的近赤外分光法（fNIRS）などの医療画像技術を利用し、手術ストレス時の特定の実行機能サブドメインの貢献度の差異について、より良い情報を得ることができるようにすることが望まれる。
最後に、この研究では、ORCAMPのコストと費用対効果、また、この破壊的な（？）技術が外科トレーニングのワークストリームにどのような影響を与えるかについては検討していません。
これらは、患者の安全性と転帰を改善するためのシミュレーション技術の移植性において重要な要素である。
若手外科医は、高信頼性チームシミュレーションにおいて、低精度シミュレーションと比較してストレスが増加することが示された。本研究は、高精度チームシミュレーションにおけるチームの関与に関連する個別のストレス負荷を分離・特定した最初の研究である。本研究で用いた指標となる血管内手術は、参加者のパフォーマンスにとって本質的なものではないため、本研究の結果は、ほとんどの専門分野にまたがって適用できる可能性がある。これらの高精度チームシミュレーションは、非技術的なスキルトレーニングの補助として有用であり、外科および血管内治療に関する卒後教育において役割を果たす可能性があることを示すものである。
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