挿入操作の定量的評価とその教育への応用

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K14096
• Research Institution: Tokyo University of Technology
• Principal Investigator: 加納 敬 東京工科大学, 医療保健学部, 助教 (10770224)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 挿入操作 / モーショントラッキング / 運動解析 / 教育工学

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、重要な医療手技である挿入操作を定量的に評価し、正しい操作を見出すことで適正な操作を未熟者に伝え、指導することにある。2021年度は、血液透析治療における血管穿刺(以下、穿刺)の動作解析に着手し、予備的検討を行った。
被験者の両手に運動センサを装着し、穿刺時の3軸加速度、3軸角速度を測定し、解析を試みた。穿刺動作は透析穿刺トレーニングシミュレータに対して行い、動作が観察できるようにシミュレータの両側からGoProHERO9を用いて動画像を記録した。被験者の指や手首に球体マーカーを設置し、技術計算言語matlabで作成したプログラムを使用して動画像データのマーカーを追跡し、動作時の軌跡やマーカー間の角度を分析した。加速度データと動画像の時間を同期させることで穿刺動作の作業フェイズを分離し、フェイズごとに作業時間や加速度波形を観察した。
穿刺は外筒針を血管内に留置することで、透析治療に必要な血流量を得る医療行為であり、針の刺入角度や速度が患者疼痛に影響を与えると考えられている。患者疼痛に関わる作業フェイズとして、①針の皮膚到達、②針の血管到達、③外筒針の留置、④内筒針の抜去、が検討され動作解析を進めている。また、フェイズ②の前後で針の刺入角度を変える2段モーションが動画像から観察され、穿刺動作の特徴の1つとして解析を進めている。
フェイズ②で観察される2段モーションを解析するには、正確な時間を捉える必要があるが動画像データから血管に針が到達したか正確に捉えられないため、2つの方法でデータ抽出を検討している。1つは運動センサのサンプリングレートの向上し、シミュレータの皮膚-血管間の弾性力の違いから、針の刺入時の加速度変化から捉える方法である。2つ目はシミュレータの血管内圧を測定し、刺入時の圧力変化から時間抽出を試みる予定である。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

2021年度の研究進捗が遅れた理由として、COVID-19の影響により世界的な半導体供給不足から新型の手首装着型運動センサ開発が遅れたことが挙げられる。本件については既に解決し、新型デバイスによる実験に着手している。また、2020年度より着手している実験内容については原著論文として現在投稿中である。

Strategy for Future Research Activity

研究計画の方向性として大きな変更点はない。
2022年度では、手首装着型運動センサを増産したことによって、同時に多くの被験者に装着することが可能となったので、実験効率が向上する予定である。また、2020年度に分析した「気管内吸引操作」の結果を基に、作業時間や吸引量など目標値に到達できるよう教育効果を高めるシステムを構築し、その有用性を実験する予定である。

Causes of Carryover

2021年度では、物品費として新型運動センサ開発のため、電子回路基板設計・製作及び部品実装費用を計上した。旅費等については、予定していた学会の変更が生じたため、次年度使用額が生じた。
次年度使用額と2022年度の予算計画は、物品費として圧力測定に使用するADコンバータ、シミュレータの消耗品を計上する。旅費等については、コロナウィルス感染拡大の影響を伺いながら検討する。その他の項目について、英文校正及び論文掲載費として使用する予定である。