模擬手術タスクのマーカーレス手の動き運動学による経験レベルを超えた外科医の操作の定量化

Quantifying surgeon maneuevers across experience levels through marker-less hand motion kinematics of simulated surgical tasks.

• David P Azari
• Brady L Miller
• Brian V Le
• Caprice C Greenberg
• Robert G Radwin

抄録

この論文では、様々な経験レベルと組織の種類にわたって、一般的な縫合作業における臨床医の手の動きを比較している。医学生（32名）、研修医（41名）、外科医（10名）、退職者（2名）が、フォーム、豚足、豚腸のいずれかを縫合している間にデジタルビデオに記録された。在職時間に応じて、医学生、研修医、参加者はそれぞれジュニア、シニアに分類され、6つの経験カテゴリに分類された。この研究では、フォームに縫合した医学生（10名）、研修医（15名）、およびアテンド参加者（10名）から観察された在職期間の増加に関連した傾向に焦点を当て、適切な場合には組織の種類を横断して比較を行う。カスタムソフトウェアを使用して、参加者の各手の二次元位置がビデオフレームごとに自動的に記録され、豊富な時空間的特徴セットが作成されました。その結果、臨床医の経験の増加は、非利き手の1サイクルあたりのパスの長さを保存することと関連しており、医学生のジュニア（平均73.63cm、sd=33.21cm）からシニアレジデント（平均46.16cm、sd=14.03cm、p=0.015）へと有意に減少し、シニアレジデントとシニアアテンド（平均30.84cm、sd=14.51cm、p=0.045）との間でも有意に減少していた。また、高齢者研修医と高齢者研修医の間でも、高齢者研修医と高齢者研修医の間では、同じような動きをしていたが、高齢者研修医は、高齢者研修医に比べて、非利き手での加速が少なかった（平均16.27cm/s, sd=81.12cm/s, p=0.002）。また、医学生の手の動きは、上級研修医よりも遅く（平均4.39cm/s, sd=1.73cm/s, p=0.033）、結束時の手の動きは上級研修医よりも遅く（平均6.53cm/s, sd=2.52cm/s）、結束時の手の動きは上級研修医よりも遅く（平均4.39cm/s, sd=1.73cm/s, p=0.033）、結束時の手の動きは上級研修医よりも遅い（平均6.53cm/s, sd=2.52cm/s）ことがわかった。これらの結果から、トレーニング初期の心理運動能力の向上は利き手機能の高速化によって現れ、その後の増加はエネルギーの節約と両手間の作業の効率的な配分によって特徴づけられることが示唆された。このスケーラブルなビデオベースの動作解析を定期的な形成評価ルーチンに組み込むことで、外科医のキャリアを通じてフィードバックの質と一貫性を高めることができるかもしれません。

This paper compares clinician hand motion for common suturing tasks across a range of experience levels and tissue types. Medical students (32), residents (41), attending surgeons (10), and retirees (2) were recorded on digital video while suturing on one of: foam, pig feet, or porcine bowel. Depending on time in position, each medical student, resident, and attending participant was classified as junior or senior, yielding six experience categories. This work focuses on trends associated with increasing tenure observed from those medical students (10), residents (15), and attendings (10) who sutured on foam, and draws comparison across tissue types where pertinent. Utilizing custom software, the two-dimensional location of each of the participant's hands were automatically recorded in every video frame, producing a rich spatiotemporal feature set. While suturing on foam, increasing clinician experience was associated with conserved path length per cycle of the non-dominant hand, significantly reducing from junior medical students (mean = 73.63 cm, sd = 33.21 cm) to senior residents (mean = 46.16 cm, sd = 14.03 cm, p = 0.015), and again between senior residents and senior attendings (mean = 30.84 cm, sd = 14.51 cm, p = 0.045). Despite similar maneuver rates, attendings also accelerated less with their non-dominant hand (mean = 16.27 cm/s, sd = 81.12 cm/s, p = 0.002) than senior residents (mean = 24.84 cm/s, sd = 68.29 cm/s, p = 0.002). While tying, medical students moved their dominant hands slower (mean = 4.39 cm/s, sd = 1.73 cm/s, p = 0.033) than senior residents (mean = 6.53 cm/s, sd = 2.52 cm/s). These results suggest that increased psychomotor performance during early training manifest through faster dominant hand function, while later increases are characterized by conserving energy and efficiently distributing work between hands. Incorporating this scalable video-based motion analysis into regular formative assessment routines may enable greater quality and consistency of feedback throughout a surgical career.

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