优化术中视频记录技术提升髋关节置换术（THA）培训效果：三种录制方式的对比研究

本刊推荐：本研究前瞻性双盲比较头戴式、灯柄固定式及外部操作摄像机在髋关节置换术（THA）视频记录中的表现。灯柄固定系统在视觉清晰度、图像稳定性和教育适用性上均显著优于其他方式（p<0.05），为外科培训提供了高效稳定的记录方案。

　　

摘要

高质量的术中视频记录在外科评估、手术存档和教育中日益受到重视。然而，不同记录方法的比较优势尚未得到充分研究。在这项前瞻性双盲研究中，44名经验丰富的骨科医生评估了采用三种技术记录的后路全髋关节置换术（THA）视频：头戴式摄像机、灯柄固定式摄像机和外部操作摄像机。所有视频均由同一位外科医生使用标准化硬件和设置拍摄。参与者使用结构化问卷评估视频质量和教育价值。数据采用方差分析（ANOVA）和卡方检验进行分析。灯柄固定式摄像机在所有五个评估领域（包括视觉清晰度、图像稳定性和整体质量）均获得最高平均分（平均分范围6.91至7.98）。重复测量方差分析证实，三种摄像机技术在全部五个问题上均存在统计学显著差异（p=0.022–0.043）。事后分析显示，灯柄固定式摄像机的表现显著优于头戴式系统（所有比较p<0.05），而外部摄像机也显示出优于头戴式方法。卡方检验显示，在教育适用性评分（问题6）上存在显著差异，灯柄固定式系统获得最高比例的肯定回答（79.5%），而头戴式和外部摄像机分别为50.0%和31.8%（p<0.001）。灯柄固定式系统提供了最平衡的解决方案，在不破坏无菌性或工作流程的情况下提供稳定、高质量的记录。虽然头戴式和外部方法有特定的应用场景，但其实际局限性降低了它们在常规手术记录中的适用性。

引言

术中视频记录已成为现代关节置换术中日益重要的工具，不仅有助于外科手术过程的记录，还能增强外科教育、技术技能发展、质量改进和患者安全计划。随着对高质量教育内容需求的增长——尤其是在数字学习、远程指导和技能评估的时代——外科医生和教育工作者正将视频作为一种可重复且易于获取的知识传递形式。文献支持视频在外科培训中的整合，证明其在提高学习者参与度、保留解剖和程序知识以及心理运动技能获取方面的作用。视频学习还支持异步教育，使学员能够按照自己的节奏观察专家技术，并根据需要重温复杂步骤。此外，视频记录在绩效反馈、手术审计、法医学保护和远程指导中也有应用，强调了其在培训环境之外的相关性。

尽管有这些好处，骨科文献中对术中视频记录的技术方面的探索仍然不足。不同的记录方法——如头戴式摄像机、灯柄固定式系统和外部操作的移动设备——提供不同的视觉视角，每种在图像稳定性、视野、外科医生舒适度和术中工作流程干扰方面都有其自身的权衡。不同的记录配置在视角、图像稳定性和操作实用性方面提供不同的权衡。虽然某些方法提供沉浸式视角，但它们可能容易受到运动相关的失真或错位的影响。其他方法提供更好的图像稳定性，但在取景灵活性上可能受限。某些设置可能实现高视觉质量，但需要额外人员或手动调整，可能干扰手术工作流程。

据我们所知，尽管这些记录方法中的每一种都在不同的外科学科中得到单独探索，但之前没有研究对这三种技术进行标准化、比较分析。本研究是第一个专注于后路全髋关节置换术的研究，在受控、可重复的条件下使用盲法评估提供头对头比较。此外，我们的设置包括使用安装在灯柄上的可移动、自动对焦摄像机，这是一种文献中先前未报道的创新方法。通过这样做，我们旨在填补现有文献中的方法学空白，并指导未来优化术中视频记录工作的努力。

方法

研究设计和参与者

这项前瞻性双盲研究在2025年1月至3月期间进行，包括44名经验丰富的骨科医生。参与者包括至少接受过三年培训的高级住院医师和主治医师。所有参与者对每个视频使用的记录方法不知情，进行分析的统计学家也不知情。所有骨科医生自愿参与，并提供了知情同意，允许其匿名回答用于研究。此外，还获得了所有手术过程被记录的患者的书面知情同意， specifically for the use de sus videos completamente anónimos en entornos educativos y de investigación. 本研究中使用的手术视频已完全去个性化，不包含任何可识别的患者信息、面部特征或个人数据。根据Kartal Dr. Lütfi K?rdar City Hospital的机构指南和国家法规，不需要正式的伦理批准。该研究遵循《赫尔辛基宣言》的原则进行。

手术视频和记录方法

参与者观看了由同一位外科医生进行的后路全髋关节置换术（THA）手术，使用三种不同的视频记录方法捕获：

• •
  头戴式摄像机：一个紧凑的数字摄像机安装在外科医生的头饰上，与外科医生的视线对齐，以复制术中视角。与Avery描述的基于GoPro的方法类似，镜头修改和测光设置经过优化以减少失真并增强手术细节。安装座经过稳定化处理，以最小化运动伪影并提供手术区域的动态视觉。
• •
  灯柄固定式摄像机：一个无菌兼容的摄像机固定在外科手术灯柄上，提供稳定的俯视图。摄像机位置在术前调整，并在整个过程中保持静态。这种方法与Kajita等人提出的Multiview系统在概念上有相似之处。
• •
  外部摄像机：由刷手护士或巡回医护人员手动操作的移动摄像机，距离手术台约120厘米，呈30°角。这种配置允许实时调整以跟踪手术步骤，并提供更广泛、更适应性的视图。

所有手术均使用DJI摄像录像机（型号6941565969903, ASIN: B0CG19FGQ5）录制，分辨率为1080P，48 fps，点测光和低光模式。如图示，附加了一个5.4毫米f/2.5售后镜头（60°视野）以获得更宽的视图。使用DJI Mimo移动应用程序（版本1.10.0, 大疆创新科技有限公司, 中国深圳）调整焦距，该应用程序还启用了其内置的自动对焦功能。对焦点在录制前固定于17英寸的工作距离。视频在相同型号的Apple Studio Display（27英寸, 5K Retina, 苹果公司, 美国加州库比蒂诺）上在标准化照明下观看。为说明每种技术的视觉特征，提供了每种记录方法的代表性2分钟视频片段作为补充视频1-3。

问卷和盲法

观看每个视频后，参与者完成了一份结构化问卷，评估镜头的教育有效性和视觉质量。该问卷改编自Caramello等人（2015）的研究，并进行了修改以提高其与外科教育和技术可视化的相关性。

数据分析

基于Caramello等人的研究的功效分析表明，需要至少42名参与者才能使用单向方差分析（one-way ANOVA）以80%的效力检测三种成像方法之间的差异。我们的44名参与者样本满足了这一要求。数据正态性和独立性得到确认。

使用单向方差分析比较三组之间的平均分。当方差分析产生显著结果时，使用Tukey检验进行事后配对比较。使用IBM SPSS Statistics for Windows, Version 30.0 (IBM Corp., Armonk, NY, USA)进行统计分析。P值<0.05被认为具有统计学显著性。

结果

共有44名骨科医生完成了评估三种不同摄像机技术可视化后路THA手术的问卷。问题1至5的平均分（±标准差）如表1所示。灯柄固定式摄像机在所有五个问题上始终获得最高评分，其次是外部摄像机和头戴式摄像机。对问题6（关于视频是否适合教育和研究用途）回答“是”的参与者百分比，外部摄像机最高（79.5%），其次是灯柄固定式（50.0%）和头戴式摄像机（31.8%）。

重复测量方差分析表明，三种摄像机方法在所有五个Likert量表问题（Q1–Q5）上均存在统计学显著差异，p值范围从0.022到0.043（表2）。Tukey的事后比较显示，灯柄固定式摄像机在所有五个领域均显著优于头戴式摄像机（所有比较p<0.05）。外部摄像机也显著优于头戴式系统，而其与灯柄固定式系统的比较则因问题不同而产生混合结果。

卡方分析表明，三种摄像机模式对问题6的肯定回答分布存在统计学显著差异（p<0.001）。与头戴式和外部摄像机系统相比，灯柄固定式摄像机被认为更适合未来教育用途的可能性显著更高（表3）。

报告了对前五个调查项目（Q1–Q5）进行的单向方差分析结果，评估三种成像系统之间是否存在统计学显著差异。对于每个项目，报告了F统计量、自由度和p值。在观察到显著差异的情况下，提供了事后配对比较（包括95%置信区间和相应的p值）以描述组间差异的性质和方向。

显示了每个摄像机系统对评估教育和研究充分性问题（Q6）回答肯定（“是”）的频率和比例。使用卡方检验进行摄像机组之间的比较分析。报告了卡方值和相关的p值，以确定不同模式在教育效用感知上的统计学显著差异。

讨论

术中视频记录已成为外科教育和手术记录中不可或缺的辅助手段。随着视觉学习在住院医师培训和继续医学教育中变得越来越重要，记录方式的选择显著影响教育内容的质量和常规临床使用的可行性。据我们所知，这是文献中第一个在手术环境中专门评估三种成熟摄像机设置的研究。值得注意的是，我们的研究引入了使用安装在灯柄上的可移动、自动对焦摄像机，这是一种先前未报道的配置，既展示了高图像质量，又实现了与手术工作流程的实际集成。因此，这种灯柄固定式系统被强调为一种实用、高质量的常规术中记录解决方案。

外部操作的摄像机提供了高度灵活的取景和出色的图像分辨率，与强调其卓越适应性和视觉控制的文献一致。然而，它需要额外团队成员手动操作，带来了显著的人体工程学和后勤挑战。助理的视角可能并不总是与主刀外科医生一致，有时会导致关键视觉标志的丢失或镜头不稳定。尽管评估者对记录方法不知情，但频繁的重新定位可能导致取景不一致、轻微的图像不稳定或关键手术步骤的部分遮挡。这些细微的缺陷，虽然并不总是反映在技术评分中，但可能影响了观察者报告的整体教育印象较低。此外，在手动操作的设备周围保持无菌状态可能使其难以融入常规外科实践。另外，持续分配一名工作人员操作摄像机要么需要手术室内额外人员，要么给现有人员增加额外负担。

这也有助于解释观察到的外部摄像机技术评分（Q1–Q5）与其显著较低的教育充分性评级（Q6）之间的差异。虽然外部设置产生了足够的分辨率和适应性取景，但其在整个过程中保持稳定和聚焦视图的不一致性可能降低了其作为结构化教育工具的感知可靠性。观看者可能发现镜头碎片化或缺乏连续性，这虽然未在Likert量表技术评级中直接扣分，但可能影响了他们关于其作为教学工具整体价值的判断。这突显了在评估术中视频系统时，同时考虑技术性能和教学连贯性的重要性。

由手术外科医生佩戴的头戴式摄像机提供了第一人称视角，这对于模拟教育和技能获取非常有价值。尽管参与者没有提供直接反馈，但我们认为给予该方法低分的原因可能归因于头部运动引起的摄像机抖动和照明不一致。这些局限性在以前的报告中也有类似观察，强调了头戴式视频捕获中的问题，如广角镜头失真、曝光过度和主体错位。同样重要的是要强调，这种设置对于长时间手术的外科医生来说可能不舒服。市场上已有更小更轻的头戴式摄像机，可能比我们研究中使用的较大型号提供更好的 ergonomics，尽管长时间使用可能仍存在一定程度的不适。相比之下，Matsumoto等人报告称，头戴式摄像机允许外科医生完全移动并独立控制录制，即使是在高压力、时间紧迫的创伤干预中。虽然这种方法对于逐步演示或交互式培训模块特别有用，但其在图像稳定性和人体工程学舒适度方面的局限性使其不太适合常规术中记录。

尽管文献中对关节置换术中灯柄固定式摄像机系统的具体评估有限，但我们的研究结果表明，这种配置提供了一个非常实用和平衡的选择。它始终提供高分辨率、稳定的镜头，且不干扰手术流程或损害无菌性。这些特性——无菌性、稳定性和简单性——使其特别适合工作流程效率和感染控制至关重要的大容量中心。然而，这种方法并非没有局限性。术中变化，如手术台重新定位或外科医生无意中遮挡视线，可能导致暂时的视觉连续性丢失。由于摄像机位置在术前固定且在手术过程中未主动监控，短暂的干扰是可能的。尽管如此，本研究中使用的摄像机系统配备了自动对焦功能，这有助于在视野发生轻微变化时保持图像清晰度。也就是说，自动对焦机制在特定情况下可能仍然存在困难，例如手术灯的强烈眩光或快速的手部运动，可能导致最佳清晰度的短暂失效。虽然由于我们的研究设计范围，未系统记录或量化这些事件，但未来的研究可以纳入客观指标，如遮挡频率或持续时间，以更好地评估这些因素如何影响教育效用。

我们研究中灯柄固定式系统的优越性可归因于其与核心外科优先事项的一致性：无菌性、稳定性和简单性。通过消除手动调整的需要并无缝集成到现有的手术基础设施中，它提供了一个“免提”解决方案，在提供高质量视频的同时保留了手术环境。虽然自动对焦优化和改进眩光处理等细微的技术改进可能会进一步提高其性能，但其基线效用已经在大多数评估领域超过了替代方法。

虽然这项研究为关节置换术中的术中视频记录提供了一个新颖的视角，但应承认几个局限性。所有手术均由一位外科医生完成，所有评估均由经验丰富的骨科医生完成。这缩小了研究结果对其他外科背景的普适性，例如培训级别的学员、不同的专业或更复杂的手术环境。捕获的偏好和认知可能不能完全反映更广泛环境中外科受训者或教育工作者的观点。此外，由于研究仅限于后路全髋关节置换术，结果可能不适用于涉及不同解剖区域或手术方法的手术。虽然记录条件和显示环境是标准化的，但视频质量的主观评估 inherently 带有个体偏见的可能性。此外，虽然包括了简短的代表性片段用于说明目的，但评估是基于全长手术录像。最后，研究主要关注感知教育价值和视觉清晰度，没有纳入知识保留或技能改进的客观测量，这限制了对教学影响的更广泛结论。最后，未收集定量指标，如摄像机重新定位的频率或视觉遮挡的持续时间，因为研究设计侧重于盲法用户评估，而不是回顾性逐帧分析。未来的研究应包括对此类技术因素的结构化跟踪，以更好地将用户感知与记录性能相关联。

展望未来，视频与关节置换术培训和质量保证的最佳整合可能不仅取决于记录方法，还取决于新兴的辅助技术，如可定制的基于USB的记录系统、AI辅助取景、Google Glass和自动稳定技术。进一步的研究应调查AI增强的跟踪和稳定技术的潜力，以改进术中视频记录技术，并最大化其对外科教育和程序评估的贡献。此外，未来的研究应纳入客观的教育指标，如知识保留分数、基于模拟的表现或程序检查表，以更准确地评估不同记录方法 beyond 主观感知的教学价值。这些技术创新也可能实现与机器人手术平台、多摄像机同步或自动技能评估系统的未来集成，将术中视频定位为数据驱动外科教育和绩效评估的核心工具。

结论

在评估的三种视频记录方法中，灯柄固定式摄像机通过平衡图像质量、术中效率和人体工程学简单性，展示了最佳的整体性能。它提供了高分辨率、稳定的镜头，不需要额外人员或损害无菌性。然而，该方法固定的视角和有限的适应性可能会降低其在涉及动态解剖暴露或需要频繁重新定位的手术中的有效性。头戴式和外部操作的摄像机，虽然更容易受到不稳定或工作流程干扰的影响，但在特定用例中可能提供优势，例如沉浸式模拟培训或远程监督。因此，记录方法的最佳选择应根据具体的教育或临床目标、手术方法和可用资源进行定制。

伦理批准和参与同意

本研究仅涉及去个性化的手术视频，不含任何可识别的患者数据。根据Kartal Dr. Lütfi K?rdar City Hospital的机构指南和国家法规，不需要伦理委员会的正式批准。该研究遵循《赫尔辛基宣言》中概述的伦理原则。

出版同意

所有参与的骨科医生自愿参与研究，并提供了知情同意，允许其匿名回答用于研究目的。还获得了所有手术过程被记录的患者的书面知情同意， specifically for the use of fully anonymized footage in educational and research contexts. 手术视频不包含任何可识别的患者信息、面部特征或个人数据，所有镜头的捕获方式都充分保护了患者隐私。

数据和材料的可用性

当前研究期间生成和分析的数据集可根据合理要求从通讯作者处获得。