JP4544632B2

JP4544632B2 - 医療用手技評価システム

Info

Publication number: JP4544632B2
Application number: JP2006006863A
Authority: JP
Inventors: 淳夫高西; アイズディンムハマド; 信希大島; 龍翠川
Original assignee: Waseda University
Current assignee: Waseda University
Priority date: 2006-01-16
Filing date: 2006-01-16
Publication date: 2010-09-15
Anticipated expiration: 2026-01-16
Also published as: JP2007185400A

Description

本発明は、医療用手技評価システムに係り、更に詳しくは、手術時の処置等の各種医療行為に対する医師及び医学生の手技を客観的に評価することができる医療用手技評価システムに関する。

手術時には、組織の切開や切除、切開や切除した組織の縫合、及び縫合糸を縛る結紮等の処置が行われているが、これら処置等の医療行為に関する手技は、相当数の訓練を行うことで向上する。ところが、人体に対する訓練は制限されていることから、手術手技を向上させる訓練用のツールとして、人体を模擬した手術訓練用シミュレーターが知られており（特許文献１参照）、当該シミュレーターは、特に、経験の少ない未熟な医師や医学生にとって有用である。
特開２００５−１０１６４号公報

しかしながら、経験の少ない医師や医学生が前記シミュレーター等を使用して訓練しても、自己の手技を客観的に評価するツールが現存しないため、自己の手技を評価するには、指導者による主観的な評価を求めるしかない。従って、このような場合にあっては、手技の評価が正確に行われない可能性がある他、当該評価を得るには、常に評価を行う指導者が必要となり、評価の伴う訓練を単独で効率的に行えないという不都合がある。

本発明は、このような不都合に着目して案出されたものであり、その目的は、医師や医学生に対し、手術や触診等の医療行為の手技に対して客観的に評価することのできる医療用手技評価システムを提供することにある。

（１）前記目的を達成するため、本発明は、評価対象者が医療行為を模擬的に行う対象部位を含み、当該対象部位の周囲に作用する力により弾性変形可能な軟素材と、この軟素材の変形に応じた状態量を測定するセンサと、このセンサの測定結果に基づく値を予め設定された評価関数のパラメータに代入することで、前記医療行為に対する手技の評価値を求める手技評価装置とを備え、
前記センサは、発光素子及び受光素子を備えた反射型フォトインタラプタであり、前記発光素子からの光が前記軟素材に反射して前記受光素子で受光可能な位置に設けられ、前記受光素子を通過する電流の変化に基づき、前記パラメータへの代入値を求め、
前記手技評価装置は、前記受光素子からの電圧値を検出する電圧検出部と、前記医療行為の開始から終了までの各時間に対する電圧値の関係を示す電圧変化グラフが作成されるデータ集計部と、このデータ集計部のデータから前記手技に関連する指標となる値を求めるデータ演算部と、この値を前記評価関数のパラメータに代入して前記評価値を算出する評価値算出部とを備え、
前記指標は、前記医療行為の開始から終了までの所要時間と、前記医療行為の間の最小電圧値と、前記電圧変化グラフと時間軸とで囲まれる領域の面積を前記所要時間で除した単位時間面積と、前記電圧変化グラフを高速フーリエ変換して得られたフーリエ変換グラフに対し、二番目に高いピーク値を最も高いピーク値で除したＦＦＴピーク比とを含む、という構成を採っている。

本発明よれば、評価対象者としての医師や医学生が軟素材上で行った手術や触診等の医療行為の手技について、能力に応じた評価値が得られることになり、医師や医学生の手技の定量的な評価が可能となり、客観的な評価を伴う訓練を単独で効率的に行うことが可能となる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１には、本実施形態に係る医療用手技評価システムの概略構成図が示されている。この図において、医療用手技評価システム１０は、医師や医学生等により行われる手術時の縫合処置の手技を評価するシステムであって、医師や医学生等の評価対象者により縫合処置が模擬的に行われる模擬体１１と、模擬体１１に行われた縫合処置に対して定量的な評価を行う手技評価装置１２とを備えて構成されている。

前記模擬体１１は、図１及び図２に示されるように、平面視ほぼ方形状の土台１４と、この土台１４の上に固定された基板１５と、当該基板１５に配線されたセンサとしての反射型フォトインタラプタ１６と、反射型フォトインタラプタ１６の側方周囲を囲むように基板１５上に配置されたフレーム１７と、反射型フォトインタラプタ１６を覆うようにフレーム１７の上面に固定され、評価対象者の縫合処置により作用する力により弾性変形可能な軟素材１８とを備えて構成されている。

前記反射型フォトインタラプタ１６は、図示しない電源からの電流により光を照射する発光素子２０と、発光素子２０から照射された光を受光する受光素子２１とを含む公知のものが用いられている。この受光素子２１は、図示しない電源からアースに向って通過する電流の大きさが受光量に応じて異なるようになっており、受光素子２１の上流側から前記手技評価装置１２側に電流が分岐して流れる回路構成となっている。なお、反射型フォトインタラプタ１６には、受光素子２１での外部光の受光を阻止するフィルタ（図示省略）が設けられている。

ここで、発光素子２０から照射された光は、反射型フォトインタラプタ１６を上方から覆う軟素材１８に反射されて受光素子２１で受光されることになるが、軟素材１８の弾性変形により反射型フォトインタラプタ１６と軟素材１８との距離が変わると、受光素子２１での受光量が変わり、受光素子２１を通過する電流の大きさが変わる。これに伴って、受光素子２１の上流側から分岐して手技評価装置１２側に流れる電流の大きさが変わることになる。具体的には、反射型フォトインタラプタ１６と軟素材１８との距離が短くなるほど、受光素子２１を通過する電流が多くなる一方、手技評価装置１２側に流れる電流が少なくなり、結果として、手技評価装置１８側に分岐する回路の電圧が高くなる。

前記フレーム１７は、平面視でほぼ方形状をなす外形に設けられ、その中央には、平面視ほぼ円形状の貫通部２３が形成され、当該貫通部２３内に反射型フォトインタラプタ１６が収容されるようになっている。この貫通部２３は、反射型フォトインタラプタ１６よりも高く（深く）設定され、無変形の初期状態における軟素材１８の下面と反射型フォトインタラプタ１６との間に隙間が生じるように設定されている。なお、この隙間の高さは、軟素材１８の弾性変形の範囲と、反射型フォトインタラプタ１６の特性とを考慮して定められる。具体的には、軟素材１８から反射型フォトインタラプタ１６までの距離と、受光素子２１を通過する電圧との関係がほぼ線形となる範囲に設定される。

前記軟素材１８は、前記フレーム１７とほぼ同一の外形寸法を有する平面視ほぼ方形状のウレタンフォーム２５と、このウレタンフォーム２５の上面に固定される擬似表皮２６と、これらウレタンフォーム２５及び擬似表皮２６に形成された切込み２７とを備えている。

前記擬似表皮２６は、人間の皮膚の状態を擬似してプリンゲルによって形成されており、ウレタンフォーム２５とほぼ同一の平面形状をなし、ウレタンフォーム２５の厚みよりも薄く設定されている。

前記切込み２７は、図２中上下方向に形成されており、当該上下方向の長さが反射型フォトインタラプタ１６の同一方向の幅よりも大きく設定され、また、擬似表皮２６の表面からウレタンフォーム２５の途中まで延びる深さの断面楔形に設けられている。この切込み２７は、手術時における皮膚の切開部分を擬似しており、この切込み２７を評価対象者が縫合することで、後述するように、当該縫合処置に対する手技評価がなされる。従って、切込み２７は、評価対象者が医療行為となる手術時の処置を模擬的に行う対象部位を構成する。

前記手技評価装置１２は、ソフトウェア及びハードウェアによって構成され、プロセッサ等、複数のプログラムモジュール及び処理回路より成り立っている。この手技評価装置１２は、受光素子２１側からの電圧値（以下、単に「電圧値」と称する）を検出してデジタル信号に変換する電圧検出部２９と、所定のタイミングで計時を行うタイマ３０と、切込み２７に対する縫合処置の開始から終了までの各時間に対する電圧値の関係を示す電圧変化グラフＧ_１（図３参照）が作成されるデータ集計部３１と、このデータ集計部３１のデータから、縫合手技に関連する各種指標の値を求めるデータ演算部３２と、これらデータ集計部３１及びデータ演算部３２から、縫合手技の評価値Ｚを算出する評価値算出部３３と、求めた評価値Ｚを表示する表示部３４とを備えて構成されている。

前記電圧検出部２９では、タイマ３０による計時を開始してから終了まで、所定時間（本実施形態では、２μｓｅｃ）毎に電圧値を計測し、当該電圧値を所定時間（本実施形態では、５０ｍｓｅｃ）単位で平均化した平均電圧値を求めるようになっている。

前記タイマ３０は、評価対象者が切込み２７に針を入れた時に計時を開始し、当該切込み２７から針を抜いた時に計時を終了するように動作する。これら開始及び終了の指令は、特に限定されるものではないが、切込み２７の目視によって手動で行ってもよいし、図示しないカメラでの撮影に基づいて自動で行っても良い。

前記データ集計部３１では、電圧検出部２９で求めた平均電圧値を時間に対応させてプロットする。ここで、電圧値は、前記軟素材１８が無変形となる初期状態よりも上側に変形したときに「＋」の符号が付される一方、軟素材１８が前記初期状態よりも下側に変形したときに「−」の符号が付されるように設定される。

前記データ演算部３２では、縫合処置の開始から終了までの所要時間Ｘ_１と、この縫合処置の間における最小電圧値Ｘ_２と、電圧変化グラフＧ_１と時間軸とで囲まれる領域の面積を前記所要時間Ｘ_１で除した単位時間面積Ｘ_３と、前記電圧変化グラフＧ_１を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）することで得られるとともに、周波数とパワーの関係を示すフーリエ変換グラフＧ_２（図４参照）と、このフーリエ変換グラフＧ_２において二番目に高いピーク値Ｐ_２を最も高いピーク値Ｐ_１で除したＦＦＴピーク比Ｘ_４とが演算される。

前記評価値算出部３３では、所要時間Ｘ_１、最小電圧値Ｘ_２、単位時間面積Ｘ_３、及びＦＦＴピーク比Ｘ_４をパラメータとする次式の評価関数に、データ演算部３２で求めた各値が代入されて評価値Ｚが求められる。
Ｚ＝ＡＸ_１＋ＢＸ_２＋ＣＸ_３＋ＤＸ_４＋Ｅ
なお、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅは、定数である。
この評価関数は、予め、複数の医師と複数の未経験者とそれぞれに対して、前記パラメータの各値を取得し、公知の判別解析を用いて、評価値Ｚの平均が０となるように、各定数Ａ〜Ｅが求められるようになっており、評価値Ｚが大きいほど、縫合手技が上手いと判断される。また、Ａ〜Ｅの一部若しくは全部を任意に設定することも可能である。

なお、ここでのパラメータとしては、縫合手技の上手下手を左右する指標であれば、種類や数を問わずに何でも採用することができ、それに伴って、別途、評価関数を判別解析で求めて、その評価関数を適用すれば良い。本実施形態での指標は、以下に説明するように、縫合手技の上手下手を左右するものである。すなわち、所要時間Ｘ_１は、それが短い程、高い手技を持つ証になり得るからである。また、最小電圧値Ｘ_２は、軟素材１８が下方に変形する程、小さくなるが、高い手技を持つ医師が縫合すると、切込み２７の表面の縫合に留まらず、切込み２７の深部まで縫合がなされ、それに伴って、軟素材１８が下方に大きく変形し得るからである。更に、単位時間面積Ｘ_３は、深い部分までの縫合が満遍なくされているか否かを見分けるためである。また、ＦＦＴピーク比Ｘ_４は、高い手技を持つ医師が縫合すると、縫合時の震えが少ないことから、フーリエ変換グラフＧ_２での山（ピーク）が少なくなり、二番目に高いピーク値Ｐ_２を最も高いピーク値Ｐ_１で除したＦＦＴピーク比Ｘ_４が小さくなると考えられるからである。

従って、このような実施形態によれば、軟素材１８の切込み２７を縫合することにより、比較的簡単な構成の手技評価装置１２で、縫合手技を左右する四つの指標をパラメータとした評価関数を使って、縫合手技を表す評価値Ｚを自動的に求めることができ、指導者が付き添わなくても、縫合手技の客観的な評価を簡単に得ることが可能になる。

なお、前記実施形態では、軟素材１８の変形を測定するセンサとして、反射型フォトインタラプタ１６を採用したが、本発明はこれに限らず、軟素材１８の変形に対応した所定の状態量を測定できるセンサであれば何でも良く、例えば、超音波センサ等を代替して適用することもできる。また、反射型フォトインタラプタ１６を複数配置してもよく、このようにすると、更に精度の高い手技評価を得ることができる。

また、本発明では、軟素材１８の形状を調整することで、切断や結紮等の他の手術の手技や触診等、他の医療行為の手技の評価も可能である。

更に、軟素材１８としては、本実施形態の構成に限定されるものではなく、評価対象となる手技に応じて弾性変形可能なものであれば何でも良い。但し、本実施形態のように反射型フォトインタラプタ１６を使用した場合には、透光性の高い材料により形成されることが好ましい。

その他、本発明における装置各部の構成は図示構成例に限定されるものではなく、実質的に同様の作用を奏する限りにおいて、種々の変更が可能である。

本実施形態に係る医療用手技評価システムの概略構成図。模擬体の概略平面図。時間と電圧との関係を示す電圧変化グラフ。周波数とパワーとの関係を示すフーリエ変換グラフ。

符号の説明

１０医療用手技評価システム
１２手技評価装置
１６反射型フォトインタラプタ（センサ）
１８軟素材
２０発光素子
２１受光素子
２７切込み（対象部位）
２９電圧検出部
３１データ集計部
３２データ演算部
３３評価値算出部
Ｚ評価値
Ｇ_１電圧変化グラフ
Ｇ_２フーリエ変換グラフ
Ｘ_１所要時間
Ｘ_２最小電圧値
Ｘ_３単位時間面積
Ｘ_４ＦＦＴピーク比

Claims

評価対象者が医療行為を模擬的に行う対象部位を含み、当該対象部位の周囲に作用する力により弾性変形可能な軟素材と、この軟素材の変形に応じた状態量を測定するセンサと、このセンサの測定結果に基づく値を予め設定された評価関数のパラメータに代入することで、前記医療行為に対する手技の評価値を求める手技評価装置とを備え、
前記センサは、発光素子及び受光素子を備えた反射型フォトインタラプタであり、前記発光素子からの光が前記軟素材に反射して前記受光素子で受光可能な位置に設けられ、前記受光素子を通過する電流の変化に基づき、前記パラメータへの代入値を求め、
前記手技評価装置は、前記受光素子からの電圧値を検出する電圧検出部と、前記医療行為の開始から終了までの各時間に対する電圧値の関係を示す電圧変化グラフが作成されるデータ集計部と、このデータ集計部のデータから前記手技に関連する指標となる値を求めるデータ演算部と、この値を前記評価関数のパラメータに代入して前記評価値を算出する評価値算出部とを備え、
前記指標は、前記医療行為の開始から終了までの所要時間と、前記医療行為の間の最小電圧値と、前記電圧変化グラフと時間軸とで囲まれる領域の面積を前記所要時間で除した単位時間面積と、前記電圧変化グラフを高速フーリエ変換して得られたフーリエ変換グラフに対し、二番目に高いピーク値を最も高いピーク値で除したＦＦＴピーク比とを含むことを特徴とする医療用手技評価システム。