挿入操作の定量的評価とその教育への応用

2023 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, 講師 (10770224)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2025-03-31
• 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、重要な医療行為である挿入操作を定量的に評価し、熟練者の模範的な挿入操作から正しい操作を見出し、適正な操作を未熟者に伝え指導することにある。挿入操作の具体的な手技は血液透析治療における血管穿刺と人工呼吸管理中の気管内吸引である。
実験は被験者の手首に運動センサを装着し、操作時の3軸加速度、3軸角速度を測定し解析を行う。同時に操作の動画像を撮影し、被験者の手首や肘に球体マーカーを設置し、技術計算言語matlabのプログラムを使用してマーカーの位置情報を捉え、動作の軌跡やマーカー間の角度などを分析し、動作の作業フェイズごとの移動距離や角度変化、作業時間を観察し、熟練者と未熟者の相違から正しい操作となる特徴量を抽出する。
血管穿刺については、皮膚表在から血管までの針の刺入角度と血管壁から血管内腔までの刺入角度の変化を捉えるため、穿刺トレーニングシミュレータの血管内圧を測定し針の刺入時の圧力変化から時間抽出を試みている。2023年度に計上した圧力トランスデューサと圧力計用アンプ、ADコンバータを用いて引き続きシステム構築中である。また、穿刺時における血管を模索する手の動きに着目し、指先や手首の加速度、角速度変化から動作解析を行っている。
気管内吸引操作については、動作解析によって熟練者と未熟者の差を見出し、操作を改善する指導内容を見出した。指導には挿入準備時の姿勢変化や挿入時の加速度を可視化する必要があると考えた。そこで2023年度は手首に装着した運動センサから加速度や角速度など波形をリアルタイムで表示して指導するシステム構築を試み、加速度波形の出力が可能となった。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

2023年度の研究進捗が遅れた理由として、穿刺トレーニングシミュレータの血管内圧を測定するシステム構築に時間を要したためである。血管内圧測定で穿刺動作との時間同期をする方法以外に、針の刺入角度の変位を運動センサや動画像で捉える方法を検討中である。

Strategy for Future Research Activity

2024年では、血管穿刺において穿刺の刺入角度およびその動作を熟練者と未熟者の特徴を運動センサおよび動画像解析から見出す。
気管内吸引操作では、手首に装着した運動センサから出力される加速度および姿勢変化を示すリアルタイム波形を用いて、学生に指導した効果について実験、解析する予定である。

Causes of Carryover

2020年度に計上予定であった高画素高速カメラを安価なGoProHERO9に変更し、旅費等については参加予定の学会を変更したため、これまで未使用額が繰り越されている。
2024年度の予算使用計画は、画像解析に用いるシステムとしてkinectv2を計上予定である。その他の項目として、英文校正および論文掲載費として使用予定である。