The development of measurement and skill evaluation system for practical laparoscopic surgical procedure using machine learning

利用机器学习开发实用腹腔镜手术测量和技能评估系统

• 批准号: 22KJ0118
• 负责人: 海老名 光希
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0118/
• 关键词: 腹腔鏡手術; 手技計測; データ解析; トレーニングシステム; 技量評価

本研究では実践的な腹腔鏡手術訓練の一種である献体を用いたカダバートレーニングにおける医師の技量評価と，ブタ臓器を用いた模擬手術訓練（ウェットラボトレーニング）における機械学習を利用したトレーニングシステム開発の2点を主な目標としている．実践的な腹腔鏡手術手技の技量評価については，北大医学部腎泌尿器外科学教室で実施されているカダバートレーニングにて手技計測を行い，今年度は計10件の左右腎摘除における鉗子動態データを取得した．加えて，これまでに取得した計測データ(34件)を基に異常値・欠損値等に対する補正処理手法の開発を行ったほか，腹部以外での術具の動きを除外するための関心領域の設定を行い，手術技量解析に向けたデータ処理手法を確立した．機械学習を用いた技量評価システム開発に関しては，機械学習モデルに対する説明・解釈手法の一種であるSHAPを適用することで，これまでの研究にて開発したブタ臓器を用いたウェットラボトレーニングにおける評価モデルを分析・検証した．本手法の適用により，評価モデルが重視している特徴量を解明するとともに，個々の被験者への評価値に関する判断根拠の可視化に成功した．さらにその成果を取り込むことで，トレーニングを行ったその場でフィードバックが得られるオンサイトトレーニングシステムを開発した．そのほか，時系列データ解析ライブラリであるTsfreshを用いた追加解析をウェットラボ計測データに対して実施し，初心者ほど小刻みな動作を繰り返していることや操作のスムーズさに違いがあることを明らかにした．

This study で は be practice な laparoscopic surgery training の a で あ を る offer body with い た カ ダ バ ー ト レ ー ニ ン グ に お け る physicians の sets quantity 価 と, ブ タ viscera を with い た simulation training (ウ ェ ッ ト ラ ボ ト レ ー ニ ン グ) に お け る rote learning を using し た ト レ ー ニ ン グ シ ス テ ム open 発 の 2 を main な target と し て い る. Be practice な laparoscopic surgical manipulation の sets quantity 価 に つ い て は, Peking University health science renal urinary organ surgery classroom で be applied さ れ て い る カ ダ バ ー ト レ ー ニ ン グ に て manipulation measuring を い, our は meter around 10 pieces of の kidney removed に お け る pliers dynamic デ ー タ を obtain し た. Add え て, こ れ ま で に obtain し た measuring デ ー タ (34) を based on abnormal に numerical, owe loss nt に す seaborne る corrected 処 Richard gimmick の open 発 を line っ た ほ か, abdominal outside で の technique with dynamic き の except を す る た め の masato の set line を い heart fields, surgery skill analytical に amount to け た デ ー タ 処 Richard gimmick を establish し た. With mechanical learning を い た sets quantity 価 シ ス テ ム open 発 に masato し て は, rote learning モ デ ル に す seaborne る 釈 gimmick の instructions, an で あ る displayed shapes を applicable す る こ と で, こ れ ま で の research に て open 発 し た ブ タ viscera を with い た ウ ェ ッ ト ラ ボ ト レ ー ニ ン グ に お け る review 価 モ デ ル を analysis, 検 card し た. This technique の is に よ り, review 価 モ デ ル が attaches great importance to the し て い る, 徴 quantity を interpret す る と と も に, a 々 の by 験 へ の review on 価 numerical に masato す る determine root 拠 の visualization に success し た. さ ら に そ の results を take り 込 む こ と で, ト レ ー ニ ン グ を line っ た そ の field で フ ィ ー ド バ ッ ク が have ら れ る オ ン サ イ ト ト レ ー ニ ン グ シ ス テ ム を open 発 し た. When そ の ほ か, series デ ー タ parsing ラ イ ブ ラ リ で あ る Tsfresh を with い た additional parsing を ウ ェ ッ ト ラ ボ measuring デ ー タ に し seaborne て be し, beginner's mind is ほ ど small carved み な action を Qiao り return し て い る こ と や operation の ス ム ー ズ さ に violations い が あ る こ と を Ming ら か に し た.

项目成果

実践的な腹腔鏡手術訓練技量評価のための手技計測システム開発と検証

腹腔镜手术实战训练技能考核流程测量系统的开发与验证

• 发表时间: 2022
• 作者: 山田海俊;鈴木正宣;宮路洸;佐瀬一弥;海老名光希;辻田哲平;陳暁帥;安部崇重,中丸裕爾;妹尾拓;小水内俊介;本間明宏;近野敦;海老名光希，安部崇重，堀田記世彦，樋口まどか，古御堂純，岩原直也，今雅史，小水内俊介，倉島庸，菊地央，松本隆児，大澤崇宏，村井祥代，辻田哲平，佐瀬一弥，陳暁帥，妹尾拓，篠原信雄，近野敦
• 通讯作者: 海老名光希，安部崇重，堀田記世彦，樋口まどか，古御堂純，岩原直也，今雅史，小水内俊介，倉島庸，菊地央，松本隆児，大澤崇宏，村井祥代，辻田哲平，佐瀬一弥，陳暁帥，妹尾拓，篠原信雄，近野敦

実践的な腹腔鏡手術訓練技量解析のための計測データ補正処理の検討と特徴量算出

实用腹腔镜手术训练技能分析的测量数据校正处理及特征值计算检验

• 发表时间: 2023
• 作者: 海老名光希，安部崇重，晏凌波，堀田記世彦，樋口まどか，古御堂純，岩原直也，今雅史，小水内俊介，倉島庸，菊地央，松本隆児，大澤崇宏，村井祥代，辻田哲平，佐瀬一弥，陳暁帥，妹尾拓，篠原信雄，近野敦

腹腔鏡手術トレーニングのための機械学習を用いた技能別スコア評価システムの開発

利用机器学习开发腹腔镜手术培训的技能特定评分评估系统

• 发表时间: 2022
• 作者: Koki Ebina;Takashige Abe;Kiyohiko Hotta;Madoka Higuchi;Jun Furumido;Naoya Iwahara;Masafumi Kon;Shunsuke Komizunai;Yo kurashima;Hiroshi Kikuchi;Ryuji Matsumoto;Takahiro Osawa;Sachiyo Murai;Teppei Tsujita;Kazuya Sase;Xiaoshuai Chen;Nobuo Shi;海老名光希，安部崇重，堀田記世彦，樋口まどか，古御堂純，岩原直也，今雅史，小水内俊介，倉島庸，菊地央，松本隆児，大澤崇宏，村井祥代，辻田哲平，佐瀬一弥，陳暁帥，篠原信雄，近野敦
• 通讯作者: 海老名光希，安部崇重，堀田記世彦，樋口まどか，古御堂純，岩原直也，今雅史，小水内俊介，倉島庸，菊地央，松本隆児，大澤崇宏，村井祥代，辻田哲平，佐瀬一弥，陳暁帥，篠原信雄，近野敦

Development and validation of a measurement system for laparoscopic surgical procedures in practical surgery training.

在实际手术培训中开发和验证腹腔镜手术测量系统。

• 发表时间: 2023
• 作者: Koki Ebina;Takashige Abe;Kiyohiko Hotta;Madoka Higuchi;Jun Furumido;Naoya Iwahara;Masafumi Kon;Shunsuke Komizunai;Yo Kurashima;Hiroshi Kikuchi;Ryuji Matsumoto;Takahiro Osawa;Sachiyo Murai;Teppei Tsujita;Kazuya Sase;Xiaoshuai Chen;Nobuo Shi
• 通讯作者: Nobuo Shi

The development of skill evaluation system for laparoscopic surgical procedure

腹腔镜手术技能评价体系的研制

• 发表时间: 2022
• 作者: Koki Ebina;Takashige Abe;Kiyohiko Hotta;Madoka Higuchi;Jun Furumido;Naoya Iwahara;Masafumi Kon;Shunsuke Komizunai;Yo kurashima;Hiroshi Kikuchi;Ryuji Matsumoto;Takahiro Osawa;Sachiyo Murai;Teppei Tsujita;Kazuya Sase;Xiaoshuai Chen;Nobuo Shi
• 通讯作者: Nobuo Shi