2020 Fiscal Year Research-status Report
術者の視線データを指標とした手術トレーニング方法と視線計測装置の開発
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19K09538
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| Research Institution | Aichi University of Technology |
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Principal Investigator |
山本 雅也 愛知工科大学, 工学部, 助教 (60824133)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
泉 孝嗣 名古屋大学, 医学系研究科, 准教授 (90467291)
小濱 剛 近畿大学, 生物理工学部, 准教授 (90295577)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 手技トレーニング / 脳血管内治療 / 視線計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度までの実績として、手術室環境において治療を行う医師の眼球運動データを取得し解析を行なった。実験データの一部には、注視箇所の座標系が合わない等の課題が残るが、指導医と訓練医の注視行動に違いがあることを確認した。
2020年度の研究実績は2019年度の研究から浮き彫りとなった課題をいくつか解決した点。さらには、課題の解決により安定した眼球運動計測が可能となったため、再度実験を行い取得したデータの解析によって知見を得たことが実績となる。
2019年に浮き彫りとなった研究課題は「キャリブレーションに必要な時間が長い」、「医師の装備品と眼球計測装置の干渉による計測装置の位置ズレが発生する」、「計測装置を無線接続した際に電源供給時間が限られる」、「計測装置を装着した医師の移動による座標のズレが生じる」以上の４点である。これら４点の課題に対しそれぞれ「従来の９点注視キャリブレーションから、１点注視キャリブレーションに変更した」「眼球運動の計測を実際の手術中から手術シミュレータを用いた手技トレーニング中に変更し、放射線照射に配慮を加えることで医師の装備品を減らし、計測装置との干渉が無いようにすることで、計測装置の位置ズレを除いた」「無線接続から有線による接続にし、計測の安定性と継続性を確保した」「実験環境における空間座標を把握するためのTagを配置し空間座標の補正をした」以上の方策により解決した。
以上の課題解決をした後に行った2020年度の実験では、手術シミュレータを用い同じ条件下で脳血管内治療のエキスパート3名、ノービス3名が手技トレーニングを行う最中の眼球運動を計測し、それぞれの注視行動の分析や解析を行った。この注視行動の中には医師が実践において取得していた暗黙知が現れている箇所をいくつか確認することができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究は「視線データを指標とした手術トレーニング方法の開発」と「視線計測装置の開発」という２つの目的を掲げている。本項ではそれぞれの進捗状況について記載する。
「視線データを指標とした手術トレーニング方法の開発」においては、「５。研究実績の概要」に記載した形で手術トレーニング中の医師の視線計測が可能となった。この結果から、エキスパートとノービスの注視行動の差のうち特徴的なものを取り上げ、医師間の研鑽に利用できるようになったため、現状でも目標とするレベルのボーダーラインに到達したと考える。しかし、より良いトレーニング方法の開発に向けて、「眼球運動計測装置を非接触で装着可能とすることで装着負担を減らす」「放射線防御ゴーグル使用下でも眼球運動計測の精度を担保する」「眼球運動から視線解析をするためのより良いデータ処理方法、ノイズ処理方法をさらに検討する」「解析の初心者でも簡便に解析結果を導けるシステムを作る」といった課題があると考える。この研究課題への方策は「８。今後の研究の推進方策」に記載する。
「視線計測装置の開発」において、安価でロバストな視線計測装置を開発するため、市販されているデプスカメラを用いる。まずはこのデプスカメラに一般的な視線計測を行うための８つの画像処理工程を組み込み、視線計測を可能とすることを第一の到達目標とし、チャレンジ目標として、デプスカメラで取得可能な深度の情報を組み合わせて性能向上を計画している。現時点では8つの画像処理工程のうち全ての動作確認が完了しているが、この工程を一連の動作で繋げられずオフライン処理を入れる必要があるため、これらを連続して処理ができるように各工程間の調整を行なっている。
以上より、本研究の進捗はおおむね順調に進展していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究は「視線データを指標とした手術トレーニング方法の開発」と「視線計測装置の開発」という２つの目的を掲げている。本項ではそれぞれの進捗状況について記載する。
「視線データを指標とした手術トレーニング方法の開発」では、より良いトレーニング方法に向けた課題解決が今後の活動となる。具体的に「後述する開発中の視線計測装置を本実験に応用し、非接触での計測を試す」、「放射線防御ゴーグルに直接眼球計測カメラを取り付けるか、非接触で放射線防御ゴーグルのみ装着した状態での計測を試す」、「眼球運動の解析に現在導入している簡易なノイズ処理だけでなく、他の信号処理を試す」、「簡易解析ソフトウェアの開発を試す」といった方策が考えられる。また、これら課題の解決以外にも改善を施した実験環境において実験参加者の数を増やしデータの信頼性度合いを高めるなど、いくつか改善候補案があるため、優先順位を共同研究者間で協議し研究を進める。
「視線計測装置の開発」では、まずデプスカメラのカメラ機能のみで画像処理が可能な段階になるまで、ソフトウェアのデバッグを進める。非接触で遠方から眼球運動を捉えようとした場合、解析に十分な解像度が得られるかという課題が推測されるため、眼球運動を捉えるためにハードウェアの再考による解像度自身の改良、もしくは画像処理ソフトウェアの改良による精度向上を計画している。特にこのソフトウェア開発に関して、近畿大学が有するアルゴリズムを参考に共同の成果導出を狙いたい。
さらに愛知工科大学では、これら2つの目的の課題解決に対し意欲を有する学生をそれぞれ１名割り当てることにより研究推進を狙う。
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| Causes of Carryover |
「物品費」については，計測や解析の結果に応じて追加で必要な計測機や周辺機器の選定を行う必要があり，該当年度中に十分な検討が実施できなかったため次年度使用とした．また，「旅費」に関しては，コロナ禍による打ち合わせや学会発表の制限により幾つかの機会を見送ったため，該当年度中の執行は発生しなかった．
次年度の計画として「物品費」は，共同研究先と協議のうえ必要な計測機や周辺機器の選定と購入を計画している．「旅費」については，次年度もコロナウィルスの影響によって学会等がオンラインによる実施となる可能性が高いため，他の形で有効活用する予定．
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Research Products
(3 results)
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[Presentation] 脳血管内治療における術者の視線動態2021
Author(s)
Takafumi Otsuka, Takashi Izumi, Masaya Yamamoto, Hironori Asai, Taiki Takano, Masahiro Nishihori, Tetsuya Tsukada, Kojirou Ishikawa, Hayato Yokoyama, Eiki Imaoka, Ryuta Saito
Organizer
第30回脳神経外科手術と機器学会
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