Στην παρούσα διδακτορική διατριβή παρουσιάζουμε ένα πρωτοπόρο σύστημα
εκπαίδευσης και αξιολόγησης βασικών δεξιοτήτων λαπαροσκοπικής χειρουργικής σε
περιβάλλον Επαυξημένης Πραγματικότητας (ΕΠ). Το προτεινόμενο σύστημα αποτελεί
μια πλήρως λειτουργική πλατφόρμα εκπαίδευσης η οποία επιτρέπει σε χειρουργούς
να εξασκηθούν χρησιμοποιώντας πραγματικά λαπαροσκοπικά εργαλεία και
αλληλεπιδρώντας με ψηφιακά αντικείμενα εντός ενός πραγματικού περιβάλλοντος
εκπαίδευσης. Το σύστημα αποτελείται από ένα τυπικό κουτί λαπαροσκοπικής
εκπαίδευσης, πραγματικά χειρουργικά εργαλεία, κάμερα και συστοιχία αισθητήρων
που επιτρέπουν την ανίχνευση και καταγραφή των κινήσεων του χειρουργού σε
πραγματικό χρόνο. Χρησιμοποιώντας το προτεινόμενο σύστημα, σχεδιάσαμε και
υλοποιήσαμε σενάρια εκπαίδευσης παρόμοια με τις ασκήσεις του προγράμματος FLS®,
στοχεύοντας σε δεξιότητες όπως η αίσθηση βάθους, ο συντονισμός χεριού-ματιού,
και η παράλληλη χρήση δύο χεριών. Επιπλέον των βασικών δεξιοτήτων, το
προτεινόμενο σύστημα χρησιμοποιήθηκε για τον σχεδιασμό σεναρίου εξάσκησης
διαδικαστικών δεξιοτήτων, οι οποίες περιλάμβανουν την εφαρμογή χειρουργικών
clips καθώς και την απολίνωση εικονικής αρτηρίας, σε περιβάλλον ΕΠ.
Τα αποτελέσματα συγκριτικών μελετών μεταξύ έμπειρων και αρχαρίων χειρουργών που
πραγματοποιήθηκαν στα πλαίσια της παρούσας διατριβής υποδηλώνουν την εγκυρότητα
του προτεινόμενου συστήματος. Επιπλέον, εξήχθησαν σημαντικά συμπεράσματα
σχετικά με την πιθανή χρήση της ΕΑ στην λαπαροσκοπική προσομοίωση. Η
συγκεκριμένη τεχνολογία προσφέρει αυξημένη αίσθηση οπτικού ρεαλισμού και
ευελιξία στον σχεδιασμό εκπαιδευτικών σεναρίων, παρουσιάζοντας σημαντικά
μικρότερες απαιτήσεις από πλευράς εξοπλισμού σε σύγκριση με τις υπάρχουσες
εμπορικές πλατφόρμες. Βάσει των αποτελεσμάτων της παρούσας διατριβής μπορεί με
ασφάλεια να εξαχθεί το συμπέρασμα πως η ΕΠ αποτελεί μια πολλά υποσχόμενη
τεχνολογία που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τον σχεδιασμό προσομοιωτών
λαπαροσκοπικής χειρουργικής ως εναλλακτική των υπαρχόντων τεχνολογιών και
συστημάτων.
(EL)
In this thesis we present what is, to the best of our knowledge, the first
framework for training and assessment of fundamental psychomotor and procedural
laparoscopic skills in an interactive Augmented Reality (AR) environment. The
proposed system is a fully-featured laparoscopic training platform, allowing
surgeons to practice by manipulating real instruments while interacting with
virtual objects within a real environment. It consists of a standard
laparoscopic box-trainer, real instruments, a camera and a set of sensory
devices for real-time tracking of surgeons’ actions. The proposed framework has
been used for the implementation of AR-based training scenarios similar to the
drills of the FLS® program, focusing on fundamental laparoscopic skills such as
depth-perception, hand-eye coordination and bimanual operation. Moreover, this
framework allowed the implementation of a proof-of-concept procedural skills
training scenario, which involved clipping and cutting of a virtual artery
within an AR environment.
Comparison studies conducted for the evaluation of the presented framework
indicated high content and face validity. In addition, significant conclusions
regarding the potentials of introducing AR in laparoscopic simulation training
and assessment were drawn. This technology provides an advanced sense of visual
realism combined with a great flexibility in training task prototyping, with
minimum requirements in terms of hardware as compared to commercially available
platforms. Thereby, it can be safely stated that AR is a promising technology
which can indeed provide a valuable alternative to the training modalities
currently used in MIS.
(EN)
Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών
