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

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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．