本研究由Eleonora P. Westebring-van der Putten、John J. van den Dobbelsteen、Richard H.M. Goossens、Jack J. Jakimowicz与Jenny Dankelman共同完成，作者分别来自荷兰代尔夫特理工大学工业设计工程学院应用工效学与设计系、Catharina医院外科以及代尔夫特理工大学机械海事与材料工程学院生物机械工程系。论文发表于*Ergonomics*期刊2009年第52卷第9期，页码为1055–1066。

从学术背景来看，该研究属于外科人体工程学与触觉反馈领域。腹腔镜手术虽然可减少患者感染风险与恢复时间，但外科医生在使用细长器械操作组织时，由于缺乏直接的手指—组织接触，常出现组织滑脱或过度夹持力，从而导致组织损伤、穿孔、粘连甚至肠道功能障碍。既往研究表明，徒手抓握时人类能借助皮肤触觉机械感受器自动调节夹持力以防止滑动与过度用力，即实现“安全抓握”；但在腹腔镜器械操作中，力反馈经手柄、套管针摩擦、腹壁阻力与器械机械效率等因素扭曲，医生感知出现明显偏差。本研究旨在比较徒手提升与腹腔镜器械提升过程中夹持力变化轨迹的差异，并考察器械机械效率对抓握控制的影响。

在方法上，研究招募了10名无腹腔镜经验的右利手参与者，年龄21至41岁，其中1人因技术问题被剔除。实验任务要求参与者在四种条件下抓取并提升物体：徒手拇指与食指（H）、使用解剖镊（T）、使用高效率腹腔镜抓钳（GH）以及使用低效率抓钳（GL）。物体为铝制楔形块，表面覆盖0.5 mm橡胶，由机器人设备Omega生成随机变化的80、120和160 N/m三种刚度载荷，以模拟不同组织弹性。物体通过松弛钢丝连接至Omega端板，因此在移动物体前需先拉紧钢丝才产生拉力。夹持力由两片0.2 mm厚的FlexiForce薄膜力传感器记录，传感器位于铝块与橡胶层之间，并用0.1 mm钢板覆盖以保证受力均匀。参与者看不到物体，只能通过显示器上蓝点与红点获得物体和目标位置的视觉反馈。为减小非抓钳因素干扰，试验中抓钳置于低摩擦套管针中。实验前参与者练习至连续完成五次安全提升，正式实验时不再提供夹持力颜色提示。实验共包含四个条件，每种条件需完成27次无滑脱提升，若出现滑脱则重复该次提升。数据以1000 Hz采样，共采集972次提升。数据分析中，研究者采用MATLAB局部加权线性最小二乘回归对夹持力曲线进行平滑处理，并定义多个参数：初始夹持力fs、时间延迟td、夹持力开始增加时的拉力fpull、夹持力增量fi以及静态保持期夹持力回降量fo。此外，研究还计算了2.5 N和5 N拉力水平下的平均、最小、最大夹持力及范围，并通过滑脱试验估算最低安全力比与安全裕度。统计方法采用多元方差分析、重复测量双因素方差分析及Tukey HSD事后检验。

研究结果显示，徒手提升时夹持力开始显著增加的拉力值为2.63 N，而腹腔镜条件下这一值仅在0.77至1.08 N之间，说明徒手时参与者会等到必要时刻才增加夹持力，腹腔镜操作时则提前增加。时间延迟td在低效率抓钳条件下显著更长（约1.81 s），表明该器械导致抓握动作明显减慢。初始夹持力fs在使用GH和GL时显著高于徒手条件，平均值约3.0 N至3.4 N，而徒手仅为2.4 N。夹持力增量fi在T和GH条件下显著高于H，达到约2.4 N至2.9 N，而徒手平均为0.64 N。在2.5 N拉力水平，使用器械时平均夹持力为3.8 N至4.9 N（GH最高），徒手仅为2.5 N；最大夹持力在GH条件下高达7.2 N，徒手为3.1 N。此趋势在5 N拉力水平时仍存在，GH条件下最大夹持力达7.9 N。所有器械条件下平均、最小和最大夹持力均显著高于徒手，且变化范围在器械条件下扩大1.7至2.7倍，说明器械操作中控制精度下降。滑脱率方面，徒手条件为0%，T为7%，GH为8%，而GL高达38%。低效率抓钳条件中参与者常反馈手柄疼痛，并采取“尽量夹紧”的策略以防滑脱。将结果与人类小肠穿孔力（约10.3±2.9 N，无外加拉力）比较，可以推断，若研究对象为真实小肠组织，T和GH条件下的夹持力可能频繁造成穿孔，属于不安全抓握。在低效率器械中，机械效率仅约10%，其手柄力放大6.3倍，参与者需要施加超过63 N的手柄力才能产生相应尖端夹持力，这会激活皮肤痛觉感受器并干扰正常触觉感知。值得注意的是，徒手条件下所有参与者均能完成无滑脱、不过度用力的安全抓握，而器械条件下即使经过练习，过度用力与滑脱仍频繁发生。

研究结论认为，徒手抓握中皮肤—组织直接接触提供的触觉力反馈是新手维持安全抓握的必要前提。在腹腔镜操作中，由于仅依赖手柄位置与力的间接运动感觉信息，参与者无法在组织滑动前判断是否需要增加夹持力，因此倾向于提前加大夹持力，产生过大安全裕度。器械机械效率越低，力反馈扭曲越严重，滑脱风险越高。研究还指出，腹腔镜器械的力传递效率随使用磨损而进一步下降，实际手术中的触觉感知可能比实验中更差。经验丰富的外科医生在同样条件下是否具有不同表现尚需进一步研究。

本研究的突出之处在于系统比较了徒手、镊子及不同效率抓钳在同一受控载荷条件下抓握力轨迹的差异，并结合真实的腹腔镜操作环境来量化机械效率与触觉反馈对安全抓握的影响。研究使用了自制悬线加载与力传感器结合的装置，能够在模拟不同组织刚度条件下实时记录夹持力与拉力变化。结果不仅揭示了新手在腹腔镜操作中普遍存在的过度用力和滑脱问题，也为手术器械的工效学设计与训练系统开发提供了重要依据。从临床价值看，该研究强调了力反馈在腹腔镜培训与器械设计中的必要性，有助于改进器械力传递效率、减少组织损伤进而提高患者安全性。