JP6014450B2 - Motion learning support device - Google Patents

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Description

本発明は、例えば腹腔鏡手術トレーニング等の、時間方向に繋がる複数の動き要素を含む一連の動きの教材映像を介して学習する動き学習支援装置に関する。   The present invention relates to a motion learning support apparatus that learns through a series of motion teaching material images including a plurality of motion elements connected in the time direction, such as laparoscopic surgery training.

近年、例えば臓器手術において切開の必要のない腹腔鏡手術は、患者への負担が軽く、回復が早いというメリットがあり、特に体力が不十分である高齢者や子どもには効果的であることから普及が望まれている。しかしながら、腹腔鏡手術は高度な技術を要するため、専門医の数が必ずしも十分とはいえず、熟練者の養成(トレーニング)が重要な課題である。従来、そのためのトレーニング方法として、ドライボックスを用いたトレーニング手法が提案されてきた。しかし、このトレーニング方法は、あくまで手術の模擬(シミュレーション)を行うのみである。熟練者が非熟練者にスキルを教示する場合には、モニタ画面を指さしで指摘したり、口頭で指示したりすることがほとんどで、多くの場合、非熟練者は、熟練者のスキルにおける“コツ”を完全には理解しないまま、ドライボックストレーニングによる試行錯誤を繰り返す程度のものであった。例えば特許文献1には、手術シミュレーションについて生徒と教員の両映像を合成表示する手術トレーニングシミュレータが記載されている。   In recent years, for example, laparoscopic surgery that does not require incision in organ surgery, for example, has a merit that the burden on the patient is light and quick recovery is effective, especially for elderly people and children who have insufficient physical strength Popularization is desired. However, since laparoscopic surgery requires advanced techniques, the number of specialists is not necessarily sufficient, and training of skilled workers is an important issue. Conventionally, a training method using a dry box has been proposed as a training method therefor. However, this training method only simulates surgery (simulation). When a skilled person teaches a skill to a non-experienced person, the monitor screen is usually pointed out with a pointing or verbal instruction. It was enough to repeat trial and error by dry box training without fully understanding the knack. For example, Patent Literature 1 describes a surgical training simulator that synthesizes and displays both student and teacher images for a surgical simulation.

また、より高次なシステムとして、コンピュータシミュレーションと内視鏡用鉗子型触覚提示インタフェースが実現されており、例えばシンビオニクス社のメディカルシュミレータLAP Mentor(非特許文献1)が挙げられる。また、遠隔手術システムda Vinci(非特許文献2)では、手術中の状況をモニタし、データ化して、シミュレーションやトレーニングに応用する試みもなされている。   Further, as a higher-order system, a computer simulation and a forceps-type tactile sense presentation interface for an endoscope are realized, and for example, a medical simulator LAP Mentor (Non-patent Document 1) manufactured by Symbionics is cited. In the remote operation system da Vinci (Non-Patent Document 2), an attempt is made to monitor the situation during the operation, convert it into data, and apply it to simulation and training.

特表2005−525598号公報JP 2005-525598 A

http://www.tri-med.co.jp/http://www.tri-med.co.jp/ http://www.kyudai2geka.com/contents/davinci.htmlhttp://www.kyudai2geka.com/contents/davinci.html

しかしながら、特許文献1は、生徒と教員の両映像を合成して表示することが記載されているのみである。また、非特許文献1,2からも、訓練者のトレーニングに際し、何をどうしたらうまく出来るかというスキルを獲得するという観点からは、訓練者を観察する教育者の口頭乃至は言語的な指示によるフィードバックと、訓練者の試行錯誤による習得が主体であるため、習得には時間を要する上、正しくない癖などがついてしまう虞があるなどの問題点があった。   However, Patent Document 1 only describes that both videos of students and teachers are synthesized and displayed. Also, from Non-Patent Documents 1 and 2, from the viewpoint of acquiring skills on what can be done and how well when training a trainer, it is possible to use verbal or linguistic instructions from an educator who observes the trainer. Since it is mainly based on feedback and trial and error learning by the trainee, it takes time to learn and there is a risk that incorrect habits may be attached.

本発明は、各動き要素を学習する手順学習と一連の動きを追従する学習とを段階的に行うよう支援するようにして、短時間かつ効果的に、正しい動きを習得し得る動き学習支援装置を提案するものである。   The present invention provides a motion learning support device that can acquire a correct motion in a short time and effectively by supporting step-by-step learning for learning each motion element and learning for tracking a series of motions. This is a proposal.

本発明に係る動き学習支援装置は、時間方向に繋がる複数の動き要素を含む一連の動きの教材映像を介して学習する動き学習支援装置であって、映像を表示するモニタと、前記教材映像と同一の撮影位置で学習者側の動きを撮像する撮像部と、前記教材映像の動き要素に対応する動き要素映像を個別に前記モニタに表示し、当該動き要素映像の表示に続いて、前記撮像部の撮像映像を前記モニタに表示する第1の学習支援処理手段と、前記モニタに、前記一連の動きの教材映像と前記撮像部の撮像映像とを合成して表示する第2の学習支援処理手段とを備えたものである。   A motion learning support device according to the present invention is a motion learning support device that learns through a series of motion teaching material videos including a plurality of motion elements connected in the time direction, the monitor displaying the video, the teaching material video, An imaging unit that captures the movement of the learner at the same shooting position, and a motion element video corresponding to the motion element of the teaching material video are individually displayed on the monitor, and the display of the motion element video is followed by the imaging First learning support processing means for displaying the captured image of the image on the monitor, and second learning support processing for combining and displaying the teaching material image of the series of movements and the captured image of the image capturing unit on the monitor Means.

この発明によれば、第1の学習支援処理手段によって、教材映像の動き要素に対応する動き要素映像が個別にモニタに表示され、次いで撮像部の撮像映像が前記モニタに表示される。これにより、学習者は動き要素映像を視認した上で、直前に表示された動き要素の練習をモニタに表示される自己の映像を観察しながら行うことが可能となる。そして、各手順学習を一通り済ますことで各手順を理解することが可能となる。次いで、モニタに、一連の動きの教材映像と撮像部の撮像映像とが合成して表示されるので、学習者は一連の動きの教材映像を参考にしながら、モニタに表示される自己の動きを教材映像の動きに合わせるよう練習することができる。従って、各動き要素を学習する手順学習と一連の動きを追従する学習とが段階的に行われるように支援して、短時間かつ効果的に、正しい動きの習得が図れる。   According to this invention, the first learning support processing means individually displays the motion element video corresponding to the motion element of the teaching material video on the monitor, and then displays the captured video of the imaging unit on the monitor. Accordingly, the learner can visually recognize the motion element video and can practice the motion element displayed immediately before while observing his / her own video displayed on the monitor. And it becomes possible to understand each procedure by completing each procedure learning. Next, the learning material video of a series of movements and the imaging video of the imaging unit are combined and displayed on the monitor, so that the learner shows his / her movements displayed on the monitor while referring to the teaching material video of the movements. You can practice to match the movement of the teaching material video. Therefore, it is possible to learn the correct motion in a short time and effectively by supporting the procedure learning for learning each motion element and the learning for following a series of motions in stages.

請求項2記載の発明は、請求項1に記載の動き学習支援装置において、前記第2の学習支援処理手段は、前記第1の学習支援処理手段の実行後に実行が許可されるものであることを特徴とする。この構成によれば、第1の学習支援処理の後に第2の学習支援処理が行われるので、まず動き要素に対して学習し、次いで一連の動きを学習するので、習得性の高い学習支援装置が提供される。   According to a second aspect of the present invention, in the motion learning support apparatus according to the first aspect, the second learning support processing unit is permitted to be executed after the execution of the first learning support processing unit. It is characterized by. According to this configuration, since the second learning support process is performed after the first learning support process, first, learning is performed on the motion element, and then a series of movements is learned. Is provided.

請求項3記載の発明は、請求項1又は2に記載の動き学習支援装置において、前記一連の動きを含む教材映像から各動き要素映像を抽出する動き要素映像作成手段を備えたことを特徴とする。この構成によれば、各動き要素が自動的に作成されるので、効果的となる。   According to a third aspect of the present invention, in the motion learning support device according to the first or second aspect of the present invention, the movement learning support device further includes a motion element image creating means for extracting each motion element image from the teaching material image including the series of movements. To do. According to this configuration, each motion element is automatically created, which is effective.

請求項4記載の発明は、請求項1〜3のいずれかに記載の動き学習支援装置において、前記第1の学習支援処理手段は、前記撮像部の撮像映像内に対応する動き要素映像の最終フレーム映像を前記モニタに併記表示することを特徴とする。この構成によれば、学習者は学習中の動き要素の最終状況が解るので、スムースな動きが可能となる。   According to a fourth aspect of the present invention, in the motion learning support device according to any one of the first to third aspects, the first learning support processing means includes a final motion element image corresponding to the captured image of the imaging unit. A frame image is displayed together on the monitor. According to this configuration, since the learner understands the final state of the movement element being learned, the learner can move smoothly.

請求項5記載の発明は、請求項1〜4のいずれかに記載の動き学習支援装置において、学習者が操作可能な操作部を有し、前記第1の学習支援処理手段は、1の動き要素映像を前記モニタに表示した後、前記撮像部の撮像映像を前記モニタに表示し、次いで前記操作部への操作を受け付けると、時間方向における次の動き要素映像の前記モニタへの表示に移行するものであることを特徴とする。この構成によれば、1の動き要素をマスタしたと判断した段階で、次の動き要素の学習に移行することが可能となり、効果的な学習が提供される。   According to a fifth aspect of the present invention, in the movement learning support device according to any one of the first to fourth aspects, the learner has an operation unit that can be operated, and the first learning support processing means includes one movement. After the element video is displayed on the monitor, the captured video of the imaging unit is displayed on the monitor, and when an operation to the operation unit is received, the next movement element video in the time direction is displayed on the monitor. It is a thing to do. According to this configuration, it is possible to shift to learning of the next motion element when it is determined that one motion element is mastered, and effective learning is provided.

請求項6記載の発明は、請求項1〜5のいずれかに記載の動き学習支援装置において、前記第2の学習支援処理手段は、前記一連の動きの教材映像と前記撮像部の撮像映像とを交互に前記モニタに表示することを特徴とする。この構成によれば、いわゆる時分割表示方法を採用することで、運動の誘発性が発揮され、学習効率が向上する装置が提供される。   A sixth aspect of the present invention is the motion learning support device according to any one of the first to fifth aspects, wherein the second learning support processing means includes the series of motion instructional images, the captured image of the imaging unit, Are alternately displayed on the monitor. According to this configuration, by adopting a so-called time-division display method, an apparatus that exhibits exercise inductivity and improves learning efficiency is provided.

請求項7記載の発明は、請求項1〜6のいずれかに記載の動き学習支援装置において、前記一連の動きの教材映像は、腹腔鏡手術時の鉗子を用いた結紮縫合を内視鏡カメラで撮影した映像であることを特徴とする。この構成によれば、鉗子を用いた結紮縫合処置の正しい技能が短時間かつ効果的に向上する装置が提供される。   The invention according to claim 7 is the motion learning support apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the teaching material image of the series of movements is an endoscopic camera using a ligature suture using forceps during laparoscopic surgery. It is the video image | photographed in. According to this configuration, there is provided an apparatus in which the correct skill of a ligature suture treatment using forceps is effectively improved in a short time.

本発明によれば、模範となる一連の動きを短時間かつ効果的に、正しく習得し得る動き学習支援装置を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the movement learning assistance apparatus which can acquire a series of model movements correctly in a short time effectively can be provided.

本発明に係る動き学習支援装置の一実施形態を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows one Embodiment of the movement learning assistance apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る動き学習支援装置の一実施形態を示す回路構成図である。It is a circuit block diagram which shows one Embodiment of the movement learning assistance apparatus which concerns on this invention. 手順学習のフレーム映像の例を示す図で、(A)は針を持ち直すフレーム映像、(B)は針を差し込むフレーム映像、(C)は縫合用糸を巻く状態を示すフレーム映像の図である。It is a figure which shows the example of the frame image | video of a procedure learning, (A) is a frame image which picks up a needle | hook, (B) is a frame image | video which inserts a needle | hook, (C) is a figure of the frame image | video which shows the state which winds the suture thread. . 教材映像(A)と学習者のライブ映像(B)との時分割表示を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the time division display of a learning material image | video (A) and a learner's live image | video (B). 手順学習教材作成処理の一実施形態を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows one Embodiment of a procedure learning teaching material preparation process. 手順学習教材表示モード処理の一実施形態を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows one Embodiment of a procedure learning teaching material display mode process. 追従学習教材表示モード処理の一実施形態を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows one Embodiment of a follow-up learning teaching material display mode process. 追従学習教材表示モード処理内の時分割切替表示処理の一実施形態を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows one Embodiment of the time division switching display process in a follow-up learning teaching material display mode process. 効果を説明するための図表で、(A)は学習の進捗に応じて行った、各実験者による一連の動作に要した所要時間の推移を示す図表、(B)は比較実験者と学習終了後における各実験者とによるそれぞれ一連の動作に要した所要時間の差を示す図表である。The chart for explaining the effect, (A) is a chart showing the transition of the time required for a series of operations performed by each experimenter according to the progress of learning, (B) is the comparison experimenter and the learning end It is a graph which shows the difference of the time required for each series of operation | movement by each experimenter after. 効果を説明するための図表で、(A)は学習の進捗に応じて行った、各実験者による一連の動作中に起こしたエラー(動きミス)数の推移を示す図表、(B)は比較実験者と学習終了後における各実験者とによるそれぞれ一連の動作中に起こしたエラー数の平均の差を示す図表である。The chart for explaining the effect, (A) is a chart showing the transition of the number of errors (movement errors) caused during each series of operations performed by each experimenter according to the progress of learning, and (B) is a comparison. It is a graph which shows the difference of the average of the error number which arose during each series of operation | movement by an experimenter and each experimenter after completion | finish of learning.

図1は、本発明に係る動き学習支援装置の一実施形態を示す概略構成図である。動き学習支援装置1は、種々の動きを学習する装置に適用可能である。以下では、動き学習支援装置1を、腹腔鏡手術における、特に鉗子を用いた結紮縫合の動きの学習(練習)に対する支援に適用した装置として説明する。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a motion learning support apparatus according to the present invention. The movement learning support apparatus 1 can be applied to an apparatus that learns various movements. In the following, the motion learning support device 1 will be described as a device applied to support for learning (practice) of ligature suture motion using forceps in laparoscopic surgery.

図1において、動き学習支援装置1は、練習台装置10と、情報処理装置20とを備えている。練習台装置10は、患者の胴体を模擬したドライボックス11と、ドライボックスを上部の所定位置に載置する基台12と、映像を表示するモニタ13とを備えている。ドライボックス11は、平坦な底面を有する横向けにされた筒体111を有する。筐体111は、人体の腹部を模擬するべく、凸状曲面に形成された上面部112を有している。上面部112は、不透明乃至は半透明の部材で構成され、適所に複数の円孔が形成されている。この円孔には樹脂材等の膜材113が貼られ、その中央には、後述する鉗子や内視鏡カメラを抜き差しする円筒状のトロカーを、機能面で模擬した十字状の切り込みが形成されている。なお、トロカーを模擬した構造体を直接配設する態様でもよい。   In FIG. 1, the motion learning support device 1 includes a practice table device 10 and an information processing device 20. The practice table device 10 includes a dry box 11 that simulates a patient's torso, a base 12 on which the dry box is placed at a predetermined position above, and a monitor 13 that displays an image. The dry box 11 has a cylindrical body 111 that is horizontally oriented and has a flat bottom surface. The housing 111 has an upper surface portion 112 formed in a convex curved surface so as to simulate the abdomen of a human body. The upper surface portion 112 is made of an opaque or translucent member, and a plurality of circular holes are formed at appropriate positions. A film material 113 such as a resin material is affixed to the circular hole, and a cross-shaped notch simulating a cylindrical trocar for inserting and removing forceps and an endoscope camera, which will be described later, is formed in the center of the circular hole. ing. In addition, the aspect which directly arrange | positions the structure which simulated the trocar may be sufficient.

膜材113の十字状切り込みを介して上方から鉗子114が挿通される。鉗子114は、公知のように、例えば結紮用の場合、手元側に一対の指入れ部を有し、他方側に一対の開閉可能な作用部(一対の挟持部材)を有し、両者間が所定長のパイプ部で連結されているものである。パイプ部には、指入れ部での操作力を作用部まで伝達する機構が内装されている。かかる力伝達機構によって、使用者による指入れ部からの開閉操作に連動して先端の一対の作用部が開閉して、対象物を挟持したり、開放したりできるようになっている。鉗子114は、作用部を開くことで、後述する針や縫合用糸を一対の作用部間に導入可能姿勢にし、次いで、一対の作用部を閉じることで、針や縫合用糸を挟み込むことができるものである。   The forceps 114 is inserted from above through the cross-shaped cut of the membrane material 113. As is well known, for example, in the case of ligation, the forceps 114 has a pair of finger insertion portions on the hand side and a pair of openable / closable action portions (a pair of clamping members) on the other side. They are connected by a pipe portion having a predetermined length. The pipe part is internally provided with a mechanism for transmitting the operation force at the finger insertion part to the action part. By such a force transmission mechanism, a pair of action portions at the front end is opened and closed in conjunction with an opening / closing operation from the finger insertion portion by the user, so that the object can be clamped or opened. The forceps 114 can open a working portion so that a later-described needle and suture thread can be introduced between the pair of working portions, and then the pair of working portions are closed to sandwich the needle and suture thread. It can be done.

なお、ドライボックス11の内部には、図略の樹脂材等のダミー患部が配置されている。ダミー患部は、例えば直方体形状物からなり、その上面にダミー切開部が縫合可能に形成されているものとして想定することができる。また、膜材113は本実施形態では、鉗子114のみを抜き差しするもので、内視鏡カメラ115はドライボックス11の適所に固設されている。内視鏡カメラ115は、学習者に処置空間を観察可能に提示するもので、前記ダミー患部が視野の中央になるような向きに設定されて、当該ダミー患部の縫合を行う鉗子114の先端作用部の動きを撮像するようになっている。   A dummy affected part such as a resin material (not shown) is arranged inside the dry box 11. It can be assumed that the dummy affected part is made of, for example, a rectangular parallelepiped shape, and a dummy incision part is formed on the upper surface thereof so as to be sewn. Further, in the present embodiment, the membrane material 113 is used to insert and remove only the forceps 114, and the endoscope camera 115 is fixed at an appropriate position of the dry box 11. The endoscopic camera 115 presents the treatment space to the learner so that the treatment space can be observed. The distal end action of the forceps 114 is set so that the dummy affected area is in the center of the field of view and sutures the dummy affected area. The movement of the part is imaged.

基台12には、その適所、例えば底部に操作部121の一例としてのフットペダルが配設されている。操作部121は、公知のように揺動可能構造と、踏み込み操作によりオンするスイッチが内装されているものである。また、練習台装置10には、必要に応じて動き検出部116が設けられている。動き検出部116は、磁気発生器1161と磁気センサ1162とから構成されている。磁気発生器1161は、磁気信号の生成源であり、基台12の適所に固設されている。一方、磁気センサ1162は、鉗子114の所定箇所に3軸方向に向けられて取り付けられている。磁気発生器1161からの3軸の軸毎に対応して発生される磁気信号をそれぞれ検出することで、3次元位置と向きとを検出する。鉗子114への取付位置と向き及び鉗子114の既知の形状寸法等を用いて、動き検出器116での検出情報に基づいて鉗子114の先端の作用部の位置、姿勢(向き)が、後述の動き情報取得部215で相対情報として算出される。なお、磁気による動き検出器116に代えて、3次元の加速度センサを採用してもよい。   The base 12 is provided with a foot pedal as an example of the operation unit 121 at an appropriate position, for example, at the bottom. As is well known, the operation unit 121 includes a swingable structure and a switch that is turned on by a stepping operation. In addition, the practice base apparatus 10 is provided with a motion detection unit 116 as necessary. The motion detection unit 116 includes a magnetic generator 1161 and a magnetic sensor 1162. The magnetic generator 1161 is a magnetic signal generation source, and is fixed at an appropriate position on the base 12. On the other hand, the magnetic sensor 1162 is attached to a predetermined portion of the forceps 114 so as to be directed in three axial directions. By detecting magnetic signals generated from the magnetic generator 1161 corresponding to the three axes, the three-dimensional position and orientation are detected. The position and orientation (orientation) of the action part at the distal end of the forceps 114 are described later based on the detection information by the motion detector 116 using the attachment position and direction to the forceps 114 and the known shape and size of the forceps 114. The motion information acquisition unit 215 calculates the relative information. Instead of the magnetic motion detector 116, a three-dimensional acceleration sensor may be employed.

モニタ13は、本実施形態では基台12に取り付けられている。モニタ13は、ドライボックス11を用いての動き学習中の学習者が見やすい位置、好ましくは基台12の後部かつ学習者の視点高さに対応する位置に配設されている。   The monitor 13 is attached to the base 12 in this embodiment. The monitor 13 is disposed at a position that is easy for the learner to see during movement learning using the dry box 11, preferably at a position corresponding to the rear portion of the base 12 and the viewpoint height of the learner.

情報処理装置20は、練習台装置10との間で情報の入出力を行うと共に、入力された情報及びその他の情報を用いて、後述するように、動き学習教材を作成し、モニタ13に送出するものである。   The information processing apparatus 20 inputs / outputs information to / from the practice base apparatus 10, and uses the input information and other information to create a motion learning teaching material and send it to the monitor 13 as will be described later. To do.

図2は、本発明に係る動き学習支援装置の一実施形態を示す回路構成図である。図2において、練習台装置10にはマイク1151、スピーカ131が設けられている。マイク1151は、学習教材を作成する時点において、模範動きを行う者の動きに対するコツやガイダンスを音声情報としても取り込むようにしたものである。スピーカ131は、後述するように、マイク1151で取得した音声情報を学習時に再生するためのものである。   FIG. 2 is a circuit configuration diagram showing an embodiment of the motion learning support apparatus according to the present invention. In FIG. 2, the practice base apparatus 10 is provided with a microphone 1151 and a speaker 131. The microphone 1151 captures tips and guidance for movements of model performers as voice information at the time of creating learning materials. As will be described later, the speaker 131 is for reproducing the audio information acquired by the microphone 1151 during learning.

情報処理装置20は、CPU(Central Processing Unit)で構成される制御部21と、制御部21に接続されたROM(Read Only Memory)22、RAMRandom Access Memory)23、操作部24及び必要に応じて設けられる通信部25を備えている。ROM22は必要な処理プログラムやプログラムの実行に必要な情報が予め格納されたものであり、RAM23は情報処理を実行すると共に処理情報を一時的に保管するものである。また、RAM23は、一連の模範動きの映像を記憶する追従学習教材記憶部231と、一連の模範動きの映像から、後述するようにして各動き要素の映像分に分割された手順教材映像を記憶する手順学習教材記憶部232とを備えている。   The information processing apparatus 20 includes a control unit 21 configured by a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory) 22 and a RAM Random Access Memory (ROM) 23 connected to the control unit 21, an operation unit 24, and as necessary. A communication unit 25 is provided. The ROM 22 stores necessary processing programs and information necessary for executing the programs in advance, and the RAM 23 executes information processing and temporarily stores processing information. The RAM 23 also stores a follow-up learning teaching material storage unit 231 that stores a series of model motion videos, and a procedure teaching material video that is divided from the series of model motion videos into video for each motion element as described later. And a procedural learning material storage unit 232.

操作部24は、タッチパネル、マウスやキーボードなどで構成され、学習教材の作成、学習支援処理の実行に必要な操作指示を行うものである。通信部25は、2台の動き学習支援装置が接続されて、一方側に模範者が、他方側で学習者がいずれもライブ映像で合成表示(本実施形態では、時分割表示法)する場合に、互いの映像情報を授受するべく使用される。   The operation unit 24 includes a touch panel, a mouse, a keyboard, and the like, and performs operation instructions necessary for creating learning materials and executing learning support processing. In the communication unit 25, when two motion learning support devices are connected, a model person is displayed on one side, and a learner on the other side is synthesized and displayed as a live video (in this embodiment, time division display method). In addition, they are used to exchange video information with each other.

情報処理装置20は、ROM22の処理プログラムがCPUで実行されることによって、手順学習映像作成部211、手順学習映像表示処理部212、追従学習映像表示処理部213、表示形態設定部214、動き情報取得部215及必要に応じて採用された通信処理部216として機能する。   The information processing apparatus 20 is configured such that the procedure learning video creation unit 211, the procedure learning video display processing unit 212, the follow-up learning video display processing unit 213, the display form setting unit 214, the motion information are executed by executing the processing program in the ROM 22 on the CPU. It functions as the acquisition processing unit 215 and the communication processing unit 216 employed as necessary.

練習台装置10で予め模範者による結紮縫合のお手本動作が行われ、このお手本動作の状況が内視鏡カメラ115及びマイク1151で取得され、RAM23の追従学習教材記憶部231に保管される。あるいは、予め結紮縫合処置の映像(必要に応じて音声含む)が格納されている外部記録媒体から教材取込部30を介して追従学習教材記憶部231に格納されてもよい。また、前記手本は実際の手術の映像を採用するものでもよい。   A model operation of ligation stitching by a model person is performed in advance on the practice table device 10, and the state of this model operation is acquired by the endoscope camera 115 and the microphone 1151 and stored in the following learning material storage unit 231 of the RAM 23. Alternatively, it may be stored in the follow-up learning teaching material storage unit 231 via the teaching material capturing unit 30 from an external recording medium in which a video of a ligature stitching procedure (including sound if necessary) is stored in advance. Further, the model may adopt an image of an actual operation.

手順学習映像作成部211は、模範者による結紮縫合処置の映像等から手順学習映像(教材)を作成するものである。手順学習映像作成部211は、模範者による結紮縫合処置の映像等を再生し、再生中に、鉗子114の動きが停止したとか、音声ガイドが途切れているとかの分割条件が発生すると、動き要素の区切りと判断して、それまでの映像部分を分割し(切り出し)、手順番号を例えば連番で付す処理を行う。分割されたそれぞれの時間幅分の動き要素の映像は、手順番号に対応して手順学習教材記憶部232に順次書き込まれる。なお、再生中の鉗子114の動きの停止は、映像中の鉗子114の映像をピックアップし、その映像の動きから判断するようにしてもよいが、動き検出部116で得られた3次元情報から、後述の動き情報取得部215で取得される、鉗子114の先端作用部の動きを3次元の動き情報(位置、動き速度)を用いて判断する態様でもよい。   The procedure learning video creating unit 211 creates a procedure learning video (teaching material) from a video of a ligation suture treatment by a model person. The procedure learning image creation unit 211 reproduces an image of a ligation suture treatment by a model person, and when a division condition such as the movement of the forceps 114 stops or the voice guide is interrupted during the reproduction, The video portion up to that time is divided (cut out), and a process number is assigned with a serial number, for example. The divided motion image for each time width is sequentially written in the procedure learning material storage unit 232 in correspondence with the procedure number. The stop of the movement of the forceps 114 during reproduction may be determined by picking up the image of the forceps 114 in the image and judging from the movement of the image, but from the three-dimensional information obtained by the movement detection unit 116. Alternatively, the movement of the distal end working part of the forceps 114 acquired by the movement information acquisition unit 215 described later may be determined using three-dimensional movement information (position, movement speed).

結紮縫合処置にいう鉗子114(なお、針、縫合用糸の動きを含めてもよい。)の一連の動きには、時間方向に複数の動き要素(それぞれが各手順に相当)が含まれている。例えば、(1)鉗子で針を持ち直す動き(手順番号1)、(2)針を刺入する動き(手順番号2)、(3)縫合用糸を引き、Cの字を作る動き(手順番号3)、(4)2回巻の動き(手順番号4)、(5)結紮の動き(手順番号5)である。   A series of movements of the forceps 114 (which may include movements of the needle and suture thread) referred to in the ligation and suturing procedure includes a plurality of movement elements (each corresponding to each procedure) in the time direction. Yes. For example, (1) the movement of holding the needle with forceps (procedure number 1), (2) the movement of inserting the needle (procedure number 2), (3) the movement of pulling the suture thread to form the letter C (procedure number) 3), (4) Two-turn movement (procedure number 4), (5) Ligation movement (procedure number 5).

図3は、手順学習のフレーム映像の一例を示す参考図で、(A)は、手順番号1に相当する針を持ち直すフレーム映像、(B)は、手順番号2に相当する針を差し込むフレーム映像、(C)は、手順番号3に相当する縫合用糸を巻く状態を示すフレーム映像の図である。図3において、モニタ画面13aには、内視鏡カメラ115で撮像された映像が表示されており、画面全体にはダミー患部映像1171が表示され、略中央に切開部映像1181が表示されている。また、モニタ画面13a内には、鉗子映像1141、鉗子114の先端作用部に挟持された状態の針映像1191及び針映像1191の一端に繋がれている縫合用糸映像1192が表示されている。   FIG. 3 is a reference diagram showing an example of a frame image for procedure learning. (A) is a frame image for picking up a needle corresponding to procedure number 1, and (B) is a frame image for inserting a needle corresponding to procedure number 2. (C) is a picture of a frame image showing a state in which a suture thread corresponding to procedure number 3 is wound. In FIG. 3, an image captured by the endoscope camera 115 is displayed on the monitor screen 13 a, a dummy affected part image 1171 is displayed on the entire screen, and an incision part image 1181 is displayed substantially at the center. . Also, in the monitor screen 13a, a forceps image 1141, a needle image 1191 held between the distal ends of the forceps 114, and a suture thread image 1192 connected to one end of the needle image 1191 are displayed.

手順学習映像表示処理部212は、手順学習の指示を受け付けて手順学習映像表示モードに移行することで、付与された手順番号に従って各動き要素の映像を手順学習教材記憶部232から読み出してモニタ13に表示する。これによって、学習者は、各手順、各手順の動き要素の動かし方及びポイントを理解する。手順学習映像表示処理部212は、各動き要素の映像の再生が終了すると、続いて、モニタ13を内視鏡カメラ115側に切り替える。すなわち、モニタ13に、手順学習教材記憶部232からの読み出し映像に代えて、内視鏡カメラ13の撮像映像が表示される。これにより、学習者は直前に観察した動き要素を模倣することが可能となる。   The procedure learning video display processing unit 212 receives a procedure learning instruction and shifts to the procedure learning video display mode, thereby reading the video of each motion element from the procedure learning material storage unit 232 according to the assigned procedure number and monitoring 13. To display. Thereby, the learner understands each procedure, how to move the motion element of each procedure, and points. The procedure learning video display processing unit 212 switches the monitor 13 to the endoscope camera 115 side when the reproduction of the video of each motion element is completed. That is, the captured image of the endoscope camera 13 is displayed on the monitor 13 instead of the read image from the procedure learning material storage unit 232. Thereby, the learner can imitate the movement element observed immediately before.

また、手順学習映像表示処理部212は、各動き要素の映像の再生が終了すると、モニタ13に対応する動き要素の映像の最終フレーム映像を静止映像として併記表示するようにしている。これにより、各動き要素における鉗子114の最終辿り位置が把握容易となる。要素併記表示は、模範者の鉗子映像のみをピックアップして表示することが好ましい。この鉗子映像のピックアップは、例えば、模範映像の撮影時に照明光を利用して鉗子に光が当たるようにした状態で行い、最終フレーム映像に輝度方向の閾値を設定することで可能である。あるいは、鉗子114に所定の色を付しておくなどして、色彩差で鉗子映像を抽出することも可能である。本実施形態では、最終フレーム映像を点滅表示することで、内視鏡カメラ115の撮像映像と識別容易にしている。点滅表示は、例えば、最終フレーム映像を所定時間毎にモニタに表示させることで実現可能である。   In addition, the procedure learning video display processing unit 212 displays the final frame video of the motion element video corresponding to the monitor 13 as a still video when reproduction of the video of each motion element is completed. Thereby, it becomes easy to grasp the final trace position of the forceps 114 in each movement element. It is preferable that the element writing display picks up and displays only the forceps image of the model person. The forceps image can be picked up, for example, in a state where light is applied to the forceps using illumination light at the time of shooting the model image, and a threshold value in the luminance direction is set in the final frame image. Alternatively, it is also possible to extract a forceps image with a color difference by attaching a predetermined color to the forceps 114. In the present embodiment, the final frame image is displayed in a blinking manner to facilitate identification from the captured image of the endoscope camera 115. The blinking display can be realized, for example, by displaying the final frame image on the monitor at predetermined time intervals.

手順学習映像表示処理部212は、フットペダルである操作部121の信号を受け付けると、手順番号が途中であれば、モニタ13を切り替えて次の手順番号の動き要素映像を手順学習教材記憶部232から読み出してモニタ13に表示し、一方、最終の手順番号であれば、最初の手順番号に戻るリピート処理を行う。操作部121への操作が別の態様で行われた場合、例えば2度押しとか押し時間の長短を利用しての別の押し操作であれば、手順学習映像表示モードを終了する指示として扱うこともできる。あるいは別の操作部材を設けてもよい。   When the procedure learning video display processing unit 212 receives a signal from the operation unit 121 that is a foot pedal, if the procedure number is in the middle, the monitor 13 is switched to display the motion element image of the next procedure number as the procedure learning teaching material storage unit 232. Is read out and displayed on the monitor 13. On the other hand, if it is the final procedure number, a repeat process is performed to return to the first procedure number. When the operation on the operation unit 121 is performed in another manner, for example, if the operation is performed twice or another pressing operation using the length of the pressing time, it is treated as an instruction to end the procedure learning video display mode. You can also. Alternatively, another operation member may be provided.

追従学習映像表示処理部213は、追従学習の指示を受け付けて追従学習映像表示モードに移行することで、追従学習教材記憶部231の一連の動き映像と内視鏡カメラ115の撮像映像とをモニタ13上で合成表示、ここでは交互に時分割表示するものである。   The follow-up learning video display processing unit 213 receives a follow-up learning instruction and shifts to the follow-up learning video display mode, thereby monitoring a series of motion images in the follow-up learning teaching material storage unit 231 and an image captured by the endoscope camera 115. 13 is a composite display, here is a time-division display alternately.

図4は、この表示モードの一部分を概略的に示すもので、(A)は追従学習教材記憶部231の一連の動き映像の各フレームを、(B)は内視鏡カメラ115の撮像映像の各フレームである。モニタ13は例えば16.7ms(1/60Hz)のフレーム周期で映像が書き替えられている。この実施例に示す図4は、時間方向に連続する(A)映像がAフレーム数に相当する表示時間、時間方向に連続する(B)映像がBフレーム数に相当する表示時間だけ交互に切り替えられて表示されることを示している。従って、表示周期(1サイクル)は、(A+B)フレーム数に相当する時間となり、自他(学習者/模範者)比率は、(B/A)となる。   FIG. 4 schematically shows a part of this display mode. (A) shows each frame of a series of motion images in the follow-up learning material storage unit 231, and (B) shows an image captured by the endoscope camera 115. Each frame. On the monitor 13, for example, the video is rewritten at a frame period of 16.7 ms (1/60 Hz). In this embodiment, FIG. 4 shows that (A) video continuous in the time direction is alternately switched for a display time corresponding to the number of A frames, and (B) video continuous in the time direction is switched for a display time corresponding to the number of B frames. Is displayed. Accordingly, the display period (one cycle) is a time corresponding to the number of (A + B) frames, and the ratio of the other (learner / exemplary) is (B / A).

表示形態設定部214は、追従学習映像表示モードでの表示周期及び自他比率の少なくとも一方を、操作部24を介して変更設定可能にするものである。   The display form setting unit 214 can change and set at least one of the display cycle and the self-other ratio in the follow-up learning video display mode via the operation unit 24.

追従学習映像表示処理部213は、本実施形態では映像の合成法として時分割表示法を採用しているが、両映像を重畳する重畳法や並列して併記する並列表示法も、適用対象によっては考えられる。ところで、腹腔鏡手術のトレーニングに適用する場合、視野重畳提示では、小さな変位で複雑に重なっている鉗子の追従を行う際の追従特性が悪化するケースが考えられる。この場合には多数の特徴点間の対応を取ることから、学習者の映像と模範者の映像との煩雑な注意の切り替えが追従特性を悪化させると考えられる。そこで、注意を遷移することなく追従させる手法として、映像を交互に切り替えて提示する時分割法がむしろ好ましいと思料する。これにより学習者が模範者との同一感を保ちながら,融合感も生起する錯覚現象が起こると期待できる。すなわち、時分割法では、互いに協調的な身体運動を行う場合に、自己映像と教材映像との同一視点の映像を、モニタ13上で交互に切り替えることによって、自己運動の随意性が失われず、かつ自然と相手と運動が揃ってしまうような、運動の誘発がある。教材映像の動きの追従を行う場合に、視野中に逐次的に表示される両者の運動部位が融合して一つの自己の運動部位であると錯覚させる、いわゆる融合感をもたらす(生起させる)ことが可能となる。ここに、融合感とは、自分側の運動部位なのに勝手に動いているような、思った通りにも動くような、随意と不随意とが融合した印象をいう。すなわち、教材映像の運動部位には見えず、自分の運動部位以外のものには思えないという主観的な感覚をもたらすことである。この結果として、自己側では、追従誤差を明確に認識しない乃至はできないままの状態で追従できてしまうという意識下で多点対応付け及び追従の実行を達成するものと考えられる。   The follow-up learning video display processing unit 213 adopts a time-division display method as a video synthesis method in this embodiment, but a superimposition method for superimposing both videos and a parallel display method for writing them in parallel depending on the application target. Is conceivable. By the way, when applied to training for laparoscopic surgery, in the field of view presentation, there may be a case where the follow-up characteristic at the time of follow-up of forceps overlapping in a complicated manner with a small displacement is deteriorated. In this case, since correspondence between a large number of feature points is taken, it is considered that complicated switching of the attention between the learner's video and the model's video deteriorates the tracking characteristic. Therefore, as a method of following the attention without changing, it is considered that the time division method of alternately switching and presenting the video is preferable. As a result, it is expected that an illusion phenomenon in which the learner maintains the same feeling as the model and also causes a sense of fusion. That is, in the time-division method, when performing coordinated physical exercise, the voluntary nature of self-motion is not lost by alternately switching the video of the same viewpoint of the self-video and the teaching material video on the monitor 13, In addition, there is induction of exercise that naturally aligns the exercise with the opponent. When tracking the movement of teaching material images, the movement parts of the two displayed sequentially in the field of view merge to create an illusion that they are one's own movement part. Is possible. Here, the sense of fusion refers to the impression of voluntary and involuntary fusion that moves as expected, even though it is a movement site on its own side. In other words, it brings about a subjective feeling that it is not visible in the motion part of the teaching material video, and cannot be seen in anything other than its own motion part. As a result, it is considered that the self-side achieves the multipoint association and the execution of the tracking under the consciousness that the tracking error can be tracked in a state where the tracking error is not clearly recognized or cannot be recognized.

本出願人は、先願(特願2012−97328)において、同一視点で撮像した自己の動き映像と追従対象の映像とをモニタに時分割法で表示した場合に、上述の効果を生むための周期が周波数換算で略2Hz〜4Hzであり、自他比率が1対1〜1対3であることが好ましいとしている。この条件では、前記融合感の生起によって、追従精度をより高いものとすることが可能となる。   In the prior application (Japanese Patent Application No. 2012-97328), the applicant of the present application has a period for producing the above-described effect when the self-motion video imaged from the same viewpoint and the video image to be tracked are displayed on the monitor by the time division method. Is approximately 2 Hz to 4 Hz in terms of frequency, and the self-other ratio is preferably 1: 1 to 1: 3. Under this condition, the tracking accuracy can be made higher by the occurrence of the fusion feeling.

動き情報取得部215は、前記した動き検出部116からの計測情報を元に鉗子114の先端作用部の位置、向きを相対算出するものである。また、学習者や鉗子の動きを、例えば基端の指入れ部に指圧を図る圧力センサを取り付けて、指の動き時の力の加減を計測したり、学習者の腕等の身体適所に筋電センサ(電極板等)を取り付けて、運動時に発生する筋電位を計測することで、動きの円滑さ、スムースさ等も評価できるようにすることが好ましい。動き情報取得部215は、さらに模範者の動きの計測結果と、学習者の動きの計測結果を比較することで、例えば差分を求めることで、評価に使用することが可能となる。   The motion information acquisition unit 215 relatively calculates the position and orientation of the distal end working unit of the forceps 114 based on the measurement information from the motion detection unit 116 described above. In addition, the movement of the learner or forceps, for example, by attaching a pressure sensor that applies finger pressure to the finger insertion part at the proximal end, measure the amount of force when the finger moves, or measure muscles at appropriate locations such as the learner's arm. It is preferable to attach an electric sensor (such as an electrode plate) and measure the myoelectric potential generated during exercise so that the smoothness and smoothness of movement can be evaluated. The movement information acquisition unit 215 further compares the measurement result of the model person's movement with the measurement result of the learner's movement, thereby obtaining a difference, for example, and can be used for the evaluation.

図5は、手順学習教材作成処理の一実施形態を示すフローチャートである。まず、模範者が行った原教材の再生が開始される(ステップS1)。次いで、再生中に動き検出情報の動き速度0及び音声の途切れの少なくとも一方の条件が分割条件として満たされたか否かが判断される(ステップS3)。分割条件に合致すると、最初から現時点までの映像、あるいは1番目の手順以降において分割条件に合致した場合には直前の分割箇所から現時点までの映像を切り出し、手順番号が連番で付されて手順学習教材記憶部232に保存される(ステップS5)。なお、映像は実際に切り出して個別に保管する態様でもよいが、分割箇所の情報(保存アドレス)を手順番号と関連付けて記録し、アドレス管理によって同様な分割処理を可能とする態様でもよい。次いで、再生が終了したか否かが判断される(ステップS7)。終了であれば、本フローが終了する。   FIG. 5 is a flowchart illustrating an embodiment of the procedure learning material creation process. First, reproduction of the original teaching material performed by the model is started (step S1). Next, it is determined whether or not at least one of the motion speed 0 and the sound interruption in the motion detection information is satisfied as a division condition during reproduction (step S3). If the division conditions are met, the video from the beginning to the current time, or if the division conditions are met in the first and subsequent steps, the video from the previous division location to the current time is cut out, and the procedure number is assigned sequentially. It is stored in the learning material storage unit 232 (step S5). The video may be actually cut out and stored individually, but the division part information (storage address) may be recorded in association with the procedure number, and the same division processing may be performed by address management. Next, it is determined whether or not the reproduction is finished (step S7). If completed, this flow ends.

一方、ステップS3で、分割条件がなければ、ステップS7に進み、再生終了でないことを条件に、ステップS3に戻って同様な切り出し処理が繰り返される。   On the other hand, if there is no division condition in step S3, the process proceeds to step S7, and on the condition that the reproduction is not finished, the process returns to step S3 and the same cutout process is repeated.

図6は、手順学習教材表示モード処理の一実施形態を示すフローチャートである。先ず、手順番号を示すiが、i=1に設定される(ステップS21)。次いで、手順番号iに相当する教材映像が手順学習教材記憶部232から読み出されてモニタ13に表示(再生)される(ステップS23)。この手順番号iの教材映像が読み出されると、当該教材映像の読み出しが終了した(再生が終了した)か否かが判断される(ステップS25)。当該教材映像の読み出しが終了していなければ(再生途中であれば)、ステップS23に戻る。一方、当該教材映像の読み出しが終了したのであれば、モニタ13が内視鏡カメラ115側に切り替えられ、かつ当該手順番号iの教材映像の最後のフレーム映像が点滅状態にされて併記表示される(ステップS27)。   FIG. 6 is a flowchart illustrating an embodiment of the procedural learning material display mode process. First, i indicating the procedure number is set to i = 1 (step S21). Next, the teaching material video corresponding to the procedure number i is read from the procedure learning material storage unit 232 and displayed (reproduced) on the monitor 13 (step S23). When the teaching material video of the procedure number i is read out, it is determined whether or not the reading of the teaching material video is finished (reproduction is finished) (step S25). If the reading of the teaching material video has not been completed (if playback is in progress), the process returns to step S23. On the other hand, if the reading of the teaching material video is completed, the monitor 13 is switched to the endoscope camera 115 side, and the last frame video of the teaching material video of the procedure number i is blinked and displayed together. (Step S27).

この状態では、学習者はモニタ13を観察しながら、当該手順番号iに対応する動きを練習することが可能となる。続いて、次の手順の教材映像への移行指示操作、すなわち操作部121による操作の待機状態となる(ステップS29)。次の手順の教材映像への移行指示操作があると(ステップS29でYes)、手順番号i=i+1にインクリメントされ(ステップS31)、次いで手順番号i>I、すなわち最後の手順番号Iを超えたか否かが判断される(ステップS33)。手順番号i>Iでなければ、ステップS23に戻って、次の手順番号の教材映像がモニタ13に導かれる。   In this state, the learner can practice the movement corresponding to the procedure number i while observing the monitor 13. Subsequently, a transition instruction operation to the teaching material video in the next procedure, that is, a standby state for the operation by the operation unit 121 is entered (step S29). If there is an instruction to move to the teaching material video of the next procedure (Yes in step S29), the procedure number i is incremented to i + 1 (step S31), and then the procedure number i> I, that is, whether the last procedure number I has been exceeded. It is determined whether or not (step S33). If the procedure number i> I is not satisfied, the process returns to step S23, and the teaching material video of the next procedure number is guided to the monitor 13.

一方、手順番号i>Iであれば、最後の手順番号の教材映像まで手順学習が終了したとして、再度、手順学習を行うか否かの指示、すなわちリピート指示操作の有無が判断される(ステップST35)。ここで、リピート指示操作があれば、ステップS21に戻って最初の手順番号の教材映像から手順学習が開始される。一方、リピート指示操作がなければ(あるいは手順学習を終了したい旨の操作指示があれば)、手順学習から追従学習のための追従学習教材表示モードへ移行する(ステップS37)。   On the other hand, if the procedure number i> I, the procedure learning is completed up to the teaching material video of the last procedure number, and it is determined again whether or not the procedure learning is performed, that is, the presence or absence of the repeat instruction operation (step). ST35). Here, if there is a repeat instruction operation, the procedure returns to step S21 and the procedure learning is started from the teaching material video of the first procedure number. On the other hand, if there is no repeat instruction operation (or if there is an operation instruction to end the procedure learning), the procedure shifts from the procedure learning to the follow-up learning teaching material display mode for the follow-up learning (step S37).

図7は、追従学習教材表示モード処理の一実施形態を示すフローチャートである。このフローチャートでは時分割切替表示処理が実行される(ステップS41)。この時分割切替表示処理も学習者の意向によって、すなわち操作部121への指示操作を受け付けて所望する回数だけ実行することができ、また、終了することができる(ステップS43)。   FIG. 7 is a flowchart showing an embodiment of the follow-up learning material display mode process. In this flowchart, the time division switching display process is executed (step S41). This time-division switching display process can be executed as many times as desired by accepting an instruction operation to the operation unit 121 according to the intention of the learner, and can be ended (step S43).

図8は、追従学習教材表示モード処理内の時分割切替表示処理の一実施形態を示すフローチャートである。まず、追従学習教材記憶部231から教材映像が読み出されてモニタ13に出力され、かつフレーム数の計数処理が行われる(ステップS51)。次いで、Aフレーム数だけ表示が行われると(ステップS53でYes)、Aフレーム数の読み出し時点で、教材映像の読み出しが中断される(ステップS55)。   FIG. 8 is a flowchart showing an embodiment of the time-division switching display process in the follow-up learning material display mode process. First, a teaching material video is read from the follow-up learning teaching material storage unit 231 and output to the monitor 13, and the number of frames is counted (step S51). Next, when display is performed for the number of A frames (Yes in step S53), reading of the teaching material video is interrupted when the number of A frames is read (step S55).

続いて、モニタ13が内視鏡カメラ115側に切り替えられ、内視鏡カメラ115の撮像映像がモニタ13に表示され、かつフレーム数の計数処理が行われる(ステップS57)。次いで、Bフレーム数だけ表示が行われると(ステップS59でYes)、モニタ13が教材映像側に切り替えられ、追従学習教材記憶部231内の、直前に中断したアドレス箇所から教材映像がモニタ13へ出力され、かつフレーム数の計数が行われる(ステップS61)。続いて、教材映像の読み出しが終了したか否かが判断され(ステップS63)、教材映像の読み出しが終了していなければ、ステップS53に戻り、同様に、Aフレーム数の教材映像とBフレーム数の内視鏡カメラの映像とが交互にモニタ13に表示される処理が繰り返される。一方、教材映像の読み出しが終了したのであれば、本フローが終了する。   Subsequently, the monitor 13 is switched to the endoscope camera 115 side, the captured image of the endoscope camera 115 is displayed on the monitor 13, and the frame number counting process is performed (step S57). Next, when the display is performed for the number of B frames (Yes in step S59), the monitor 13 is switched to the teaching material video side, and the teaching material video is sent to the monitor 13 from the address location just interrupted in the follow-up learning teaching material storage unit 231. The number of frames is output and the number of frames is counted (step S61). Subsequently, it is determined whether or not the reading of the teaching material video is finished (step S63). If the reading of the teaching material video is not finished, the process returns to step S53, and similarly, the teaching material video of the number of A frames and the number of B frames are returned. The process of alternately displaying the video of the endoscope camera on the monitor 13 is repeated. On the other hand, if the reading of the teaching material video has been completed, this flow ends.

なお、時分割切替表示処理においては、追従学習教材記憶部231からAフレームずつ読み出すようにした(ステップS53でYes)が、追従学習教材記憶部231からは継続的にフレーム映像が読み出されており、内視鏡カメラ115の撮像映像が表示される間は、モニタ13に導かれず、あるいは導かれても表示されない態様としてもよい。このようにすることで、追従学習教材記憶部231からのフレーム映像の時間方向の変化が実時間に対応するものとなる。   In the time-division switching display process, the A frame is read from the following learning material storage unit 231 (Yes in step S53), but frame images are continuously read from the following learning material storage unit 231. In addition, while the captured image of the endoscope camera 115 is displayed, it may not be guided to the monitor 13 or may be displayed without being displayed. By doing in this way, the change of the time direction of the frame image from the following learning material storage unit 231 corresponds to the real time.

続いて、図9、図10は、効果を説明するための図表である。図9(A)は学習の進捗に応じて行った、各実験者による一連の動作に要した所要時間の推移を示す図表、図9(B)は比較実験者と学習終了後における各実験者とによるそれぞれ一連の動作に要した所要時間の差を示す図表である。また、図10(A)は学習の進捗に応じて行った、各実験者による一連の動作中に起こしたエラー(動きミス)数の推移を示す図表、図10(B)は比較実験者と学習終了後における各実験者とによるそれぞれ一連の動作中に起こしたエラー数の平均の差を示す図表である。   Next, FIGS. 9 and 10 are tables for explaining the effects. FIG. 9A is a chart showing the transition of the time required for a series of operations performed by each experimenter according to the progress of learning. FIG. 9B is a comparative experimenter and each experimenter after completion of learning. It is a graph which shows the difference of the time required for each series of operation | movement by these. FIG. 10 (A) is a chart showing the transition of the number of errors (motion errors) caused during each series of operations performed by each experimenter according to the progress of learning, and FIG. It is a graph which shows the difference of the average of the number of errors which occurred during each series of operation | movement by each experimenter after completion | finish of learning.

図9、図10は、研修医A,B,C,D,Eの5人に対して、手順学習を30分行い、次いで追従学習(鉗子運動学習)を30分行った場合の実験結果を示している。なお、追従学習では、追従学習と自主練習とが交互に行われ、自主練習の所要時間は26分であった。まず、図9(A)において、横軸は学習中の時間経過であって0分,15分、30分、45分及び60分の各時点を示し、縦軸は各時点で行った結紮のための一連の動き動作に要した所要時間(秒)を示している。図9(A)に示すように、学習開始前は、平均して120秒程度要していた時間が、15分、30分、45分に進むにつれて漸減する傾向を示し、60分の時点つまり学習後には、ほぼ全員が40秒程度にまで低下していることが判る。これにより、本学習方法が誰にも有効であることが認められる。   FIG. 9 and FIG. 10 show experimental results when procedural learning is performed for 30 minutes for five trainees A, B, C, D, and E, and then follow-up learning (forceps movement learning) is performed for 30 minutes. Show. In the follow-up learning, the follow-up learning and the self practice were performed alternately, and the time required for the self practice was 26 minutes. First, in FIG. 9 (A), the horizontal axis represents the time elapsed during learning and shows each time point of 0 minutes, 15 minutes, 30 minutes, 45 minutes, and 60 minutes, and the vertical axis represents the ligation performed at each time point. The required time (seconds) required for a series of movement operations for this purpose is shown. As shown in FIG. 9 (A), the time required on average about 120 seconds before the start of learning shows a tendency to gradually decrease as it progresses to 15 minutes, 30 minutes, and 45 minutes. It can be seen that after learning, almost everyone has fallen to about 40 seconds. This confirms that this learning method is effective for everyone.

図9(B)において、横軸は、システム使用すなわち前記同様60分の学習を行った研修医A〜E、及びシステム不使用すなわち本学習方法によらず、従来の学習台装置10のみを使用してトータルで7時間練習した独学の医師G,H,I(結紮縫合手術の実績無し)を示し、縦軸は各研修医の学習終了後の結紮のための一連の動き動作に要した所要時間(秒)を示している。そして、熟練医の平均所要時間が35秒程度である場合に、研修医A〜Eの平均は40秒程度であり、かつバラツキも少ない。一方、独学の医師G,H,Iについては、平均は50秒程度であり、研修医A〜Eの平均と少し差が認められる。しかも、各人のバラツキ(個人差)が大きいという問題がある。   In FIG. 9B, the horizontal axis uses only the conventional learning platform device 10 regardless of whether the system is used, that is, the trainees A to E who have learned for 60 minutes as described above, and the system is not used, that is, this learning method. The self-taught doctors G, H and I who practiced for a total of 7 hours (no ligature suture operation results) are shown, and the vertical axis is required for a series of movements for ligation after completion of learning by each resident Indicates time (seconds). When the average time required for the skilled doctor is about 35 seconds, the average of the trainees A to E is about 40 seconds and there is little variation. On the other hand, for self-taught doctors G, H, and I, the average is about 50 seconds, and a slight difference from the average of the trainees A to E is recognized. In addition, there is a problem that the variation (individual difference) among each person is large.

図10(A)は、各研修医A〜Eについて学習前、30分経過後(すなわち手順学習のみ終了した時点)及び60分後での結紮のための一連の動き動作におけるエラーの個数の推移を示している。   FIG. 10A shows the transition of the number of errors in a series of movements for ligation before learning, after 30 minutes (that is, when only procedural learning is completed) and after 60 minutes for each of the residents A to E. Is shown.

エラーのチェックリストは、結紮縫合を行う上で重要なポイントをリストアップしたもので、以下のとおりであり、ここでは19個を挙げている。なお、追従学習時でのエラー内容には、*印を付して、手順学習時と区別している。   The error checklist is a list of important points for ligature stitching, and is as follows. Here, 19 are listed. The error contents at the time of follow-up learning are marked with * to distinguish them from those at the time of procedure learning.

手順番号1 内容:針の把持(持ち替え)
(01)針を掴みやすいように最初に角度を考えて入れているか
(02)針を直角(もしくは直角よりもやや鈍角)に持てているか
(03)針の1/3から1/4の箇所を持てているか
(04*)針の掴み方はスムースか(一度もエラーがないか)
手順番号2 内容:針の刺入
(05*)針の入れ位置と出し位置の関係がほぼ等間隔か
(06)狙ったところに針を持って行き、狙ったところに針先を出しているか(刺入位置と水平なところから針先を出させているか)
(07)組織を痛めないように針を抜くことができているか
(08)鉗子を順手に持って時計回りに鉗子をひねり、針を抜いているか
手順番号3 内容:糸を引き、Cの字形成
(09*)スムースに糸を手操れているか
(10*)左手でエラーなく糸を掴み、一度で引くことができているか
(11)ショートテールは長くなりすぎていないか(1.5cm〜2.0cm程度)
手順番号4 内容:外科結紮(2回巻き)
(12)右手で持った糸を立てることができているか
(13)左の鉗子の湾曲は上向きになっているか
(14*)右手と左手が協調して動いて巻き付けができているか
(15)縫合部位に近いところで巻き付け操作を行っているか
手順番号5 内容:結紮(針を入れた側の糸を左鉗子で引っ張る)
(16)左の鉗子でショートテールの糸を掴むときに右の鉗子が離れたところに行っていないか
(17*)エラーなくショートテールを掴めるか
(18*)掴んだ後、左の鉗子をスムースに抜くことが出来ているか
(19)緩まずに適切な力で締めることができるか。
Procedure number 1 Contents: Needle gripping (changing)
(01) Is the angle first considered so that the needle can be easily grasped? (02) Whether the needle is held at a right angle (or a slightly obtuse angle than the right angle) (03) 1/3 to 1/4 of the needle (04 *) How to grip the needle smoothly (Is there any error)
Procedure No. 2 Contents: Needle insertion (05 *) Is the relationship between the needle insertion position and the needle insertion position approximately equal? (06) Is the needle pointed at the target point and the needle tip at the target point? (Does the needle tip come out from a horizontal position with the insertion position?)
(07) Is the needle pulled out so as not to damage the tissue? (08) Whether the needle is pulled by holding the forceps in order and twisting it clockwise. Procedure number 3 Contents: Pull the thread, C shape Formation (09 *) Is the thread being manipulated smoothly? (10 *) Is the left hand grasping the thread without error and can be pulled at once? (11) Is the short tail too long (1.5cm- About 2.0cm)
Procedure No. 4 Contents: Surgical ligation (2 turns)
(12) Can the thread held with the right hand be raised? (13) Is the left forceps curved upward? (14 *) Is the right hand and left hand moving together and wound (15) Is the wrapping operation near the suture site? Procedure number 5 Description: Ligation (pull the thread on the side with the needle with the left forceps)
(16) Check if the right forceps is away from the left forceps when grasping the short tail thread with the left forceps (17 *) Can the short tail be grasped without error (18 *) After grabbing the left forceps (19) Can it be tightened with an appropriate force without loosening?

図10(A)に示すように、研修医Aは、学習前には手順学習時に9個、追従学習時に4個の計13個であったが、30分後の手順学習時に1個、60分後の手順学習時に1個と大きく減少している。研修医Bは、学習前には手順学習時に9個、追従学習時に4個の計13個であったが、30分後の手順学習時に3個、追従学習時に1個となり、60分後は0と大きく減少している。研修医Cは、学習前には手順学習時に8個、追従学習時に4個の計12個であったが、30分後の手順学習時に4個、追従学習時に3個となり、60分後の手順学習時に2個と段階敵に減少している。研修医Dは、学習前には手順学習時に7個、追従学習時に3個の計10個であったが、30分後の手順学習時に3個、追従学習時に3個となり、60分後の手順学習時に2個、追従学習時に1個と段階敵に減少している。研修医Eは、学習前には手順学習時に10個、追従学習時に3個の計13個であったが、30分後の手順学習時に2個、追従学習時に2個となり、60分後の手順学習時に3個、追従学習時に1個と段階敵に減少している。   As shown in FIG. 10 (A), the trainee A had a total of 13 at the time of procedural learning and 4 at the time of follow-up learning before learning, but 13 at the time of procedural learning after 30 minutes. The number is greatly reduced to 1 at the time of procedure learning after minutes. Before learning, Resident B had 9 during procedural learning and 4 during follow-up learning, but a total of 13 during procedural learning after 30 minutes, 1 during follow-up learning, and after 60 minutes It is greatly reduced to zero. Before learning, Resident C had 12 in total, 8 during procedural learning and 4 during follow-up learning, but 4 during 30-minute procedural learning and 3 during follow-up learning. Reduced to 2 enemies and 2 level enemies during procedure learning. Before learning, Resident D was 10 at the time of procedural learning and 3 at the time of follow-up learning, but it was 3 at the time of procedural learning after 30 minutes and 3 at the time of follow-up learning. The number is reduced to 2 for step learning and 1 for follow-up learning. Before learning, Resident E had 13 in total, 10 during procedural learning and 3 during follow-up learning, but 2 during procedural learning after 30 minutes and 2 during follow-up learning. Reduced to 3 level enemies during procedural learning and 1 during follow-up learning.

このように、30分後の段階で大きくエラーが減少していることが判り、次いで、60分後で漸減していることが判る。 Thus, it can be seen that the error is greatly reduced at the stage after 30 minutes, and then gradually reduced after 60 minutes.

さらに、図10(B)に示すように、本システムを使用しての学習の終了後における各実験者(研修医A〜E)によるそれぞれ一連の動作中に起こしたエラー数の平均は、19個中2個であり、一方、本システム不使用の比較実験者(独学医師G〜I)によるそれぞれ一連の動作中に起こしたエラー数の平均は19個中13個であり、大きな差があることが判り、本システムを使用した学習方法に顕著な学習効果があることが認められる。   Further, as shown in FIG. 10B, the average number of errors caused during each series of operations by each experimenter (residents A to E) after the end of learning using the present system is 19 On the other hand, the average number of errors that occurred during each series of operations by the comparative experimenters (self-taught doctors GI) who did not use this system was 13 out of 19, and there was a large difference. It can be seen that the learning method using this system has a remarkable learning effect.

そして、動き学習装置1は、従来装置に情報処理装置20を組み込むことで実現する構造であることから、ロボット式のアクチュエータセンサや高度な計算処理が必要なシミュレーションシステムを必要とする従来方式に比して、極めて低コストで導入可能となる。   Since the motion learning device 1 has a structure realized by incorporating the information processing device 20 in the conventional device, the motion learning device 1 is compared with the conventional method that requires a robot-type actuator sensor and a simulation system that requires advanced calculation processing. Thus, it can be introduced at a very low cost.

なお、本発明は、以下の態様を採用してもよい。   The present invention may adopt the following aspects.

(1)本実施形態では結紮縫合処置の例で説明したが、これに限らず、内視鏡カメラで行う専門的な医療処置についても適用可能である。また、患部画像をモニタを介して遠隔観察しながら手術用ロボットを用いて行う遠隔手術も専門的で、扱える医師数も少ないことから、かかる遠隔手術における各種の医療処置に対しても適用可能である。 (1) In the present embodiment, the example of the ligature suture treatment has been described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is also applicable to a specialized medical treatment performed with an endoscope camera. In addition, teleoperation using a surgical robot while remotely observing the affected area image via a monitor is also specialized, and since the number of doctors that can be handled is small, it can be applied to various medical procedures in such remote surgery. is there.

(2)本発明の適用範囲は医療分野に限定されず、その他の分野でも適用可能である。例えば技能乃至は技倆が要求される分野、例えば製品(作品)の作成過程に応じた各動作要素があり、これらの動作要素を経て一連の動作が終了することで製品等が完成する陶芸の分野が想定される。また、各食材に対する固有の調理を施して、最終的に目的の料理を完成させる料理実習の教材にも適用可能である。 (2) The application range of the present invention is not limited to the medical field, and can be applied to other fields. For example, there are various operation elements according to the field where skill or skill is required, for example, the production process of a product (work), and a series of operations are completed through these operation elements to complete a product etc. A field is envisaged. In addition, the present invention can also be applied to teaching materials for cooking training in which a specific cooking is performed on each ingredient and finally a target dish is completed.

(3)本実施形態では学習者の前方にモニタ13を配置した態様であるが、モニタとして、身体動作の視覚的なガイダンスを実現する装置としてのビデオシースルーヘッドマウンテッドディスプレイ(VST-HMD)を採用する態様でもよい。 (3) In this embodiment, the monitor 13 is arranged in front of the learner. As the monitor, a video see-through head mounted display (VST-HMD) as a device that realizes visual guidance of body movement is used. A mode to be adopted may be used.

(4)また、内視鏡カメラ115の映像をモニタ13に導くに際して、情報処理装置20で所定のタイムラグを設定する遅延処理を施すことで、学習者に力覚を付与でき、より臨場感のある学習が期待できる。また、映像に微分処理を行うデジタルフィルタを介在させることで、映像のエッジ強調が図れ、映像認識が向上する。 (4) Further, when the video of the endoscope camera 115 is guided to the monitor 13, a delay process for setting a predetermined time lag is performed by the information processing apparatus 20, so that a sense of force can be given to the learner, and a more realistic feeling can be provided. A certain learning can be expected. Further, by interposing a digital filter that performs differential processing on the video, the edge of the video can be enhanced, and video recognition is improved.

(5)本実施形態では、時分割表示の各時間をフレーム数の設定で説明したが、フレーム数の計数に代えて計時手段を備え、時間で時分割切り替えする態様でもよい。 (5) In the present embodiment, each time of the time-division display has been described by setting the number of frames. However, a mode in which time measuring means is provided instead of counting the number of frames and time division switching is performed may be used.

(6)本実施形態では、手順学習から追従学習への切替を操作部121への指示で行う態様としたが、これに代えて、手順学習終了時点から一定時間経過で自動的に追従学習に移行するようにしてもよい。 (6) In the present embodiment, switching from procedural learning to follow-up learning is performed by an instruction to the operation unit 121. Instead of this, follow-up learning is automatically performed after a lapse of a certain time from the end of procedural learning. You may make it transfer.

1 動き学習支援装置
10 練習台装置
11 ドライボックス
114 鉗子
115 内視鏡カメラ(撮像部)
121 操作部
13 モニタ
20 情報処理装置
21 制御部
211 手順学習映像作成部(動き要素映像作成手段)
212 手順学習映像表示処理部(第1の学習支援処理手段)
213 追従学習映像表示処理部(第2の学習支援処理手段)
23 RAM
231 追従学習教材記憶部
232 手順学習教材記憶部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Movement learning assistance apparatus 10 Practice stand apparatus 11 Dry box 114 Forceps 115 Endoscope camera (imaging part)
121 Operation Unit 13 Monitor 20 Information Processing Device 21 Control Unit 211 Procedure Learning Video Creation Unit (Motion Element Video Creation Unit)
212 Procedure learning video display processing unit (first learning support processing means)
213 Follow-up learning video display processing unit (second learning support processing means)
23 RAM
231 Follow-up learning material storage unit 232 Procedure learning material storage unit

Claims (7)

時間方向に繋がる複数の動き要素を含む一連の動きの教材映像を介して学習する動き学習支援装置であって、
映像を表示するモニタと、
前記教材映像と同一の撮影位置で学習者側の動きを撮像する撮像部と、
前記教材映像の動き要素に対応する動き要素映像を個別に前記モニタに表示し、当該動き要素映像の表示に続いて、前記撮像部の撮像映像を前記モニタに表示する第1の学習支援処理手段と、
前記モニタに、前記一連の動きの教材映像と前記撮像部の撮像映像とを合成して表示する第2の学習支援処理手段とを備えたことを特徴とする動き学習支援装置。
A motion learning support device that learns through a series of motion learning videos including a plurality of motion elements connected in the time direction,
A monitor that displays video,
An imaging unit that images the learner's movement at the same shooting position as the teaching material video;
First learning support processing means for individually displaying the motion element video corresponding to the motion element of the teaching material video on the monitor and displaying the captured video of the imaging unit on the monitor following the display of the motion element video When,
A motion learning support apparatus comprising: a second learning support processing unit configured to synthesize and display the series of motion instructional videos and the captured video of the imaging unit on the monitor.
前記第2の学習支援処理手段は、前記第1の学習支援処理手段の実行後に実行が許可されるものであることを特徴とする請求項1に記載の動き学習支援装置。 The motion learning support apparatus according to claim 1, wherein the second learning support processing unit is allowed to execute after the first learning support processing unit is executed. 前記一連の動きを含む教材映像から各動き要素映像を抽出する動き要素映像作成手段を備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載の動き学習支援装置。 The motion learning support apparatus according to claim 1, further comprising a motion element video creation unit that extracts each motion element video from the teaching material video including the series of motions. 前記第1の学習支援処理手段は、前記撮像部の撮像映像内に対応する動き要素映像の最終フレーム映像を前記モニタに併記表示することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の動き学習支援装置。 The said 1st learning assistance processing means displays the last frame image | video of the motion element image | video corresponding to the image pick-up image of the said image pick-up part together on the said monitor, The display in any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. Motion learning support device. 学習者が操作可能な操作部を有し、
前記第1の学習支援処理手段は、1の動き要素映像を前記モニタに表示した後、前記撮像部の撮像映像を前記モニタに表示し、次いで前記操作部への操作を受け付けると、時間方向における次の動き要素映像の前記モニタへの表示に移行するものであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の動き学習支援装置。
Has an operation unit that can be operated by the learner
The first learning support processing unit displays one motion element image on the monitor, displays the imaged image of the imaging unit on the monitor, and then accepts an operation to the operation unit. The movement learning support apparatus according to claim 1, wherein the movement learning image is shifted to display on the monitor of the next movement element image.
前記第2の学習支援処理手段は、前記一連の動きの教材映像と前記撮像部の撮像映像とを交互に前記モニタに表示することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の動き学習支援装置。 The movement according to claim 1, wherein the second learning support processing unit alternately displays the teaching material video of the series of motions and the captured video of the imaging unit on the monitor. Learning support device. 前記一連の動きの教材映像は、腹腔鏡手術時の鉗子を用いた結紮縫合を内視鏡カメラで撮影した映像であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の動き学習支援装置。 The motion learning support according to claim 1, wherein the teaching material video of the series of motions is a video obtained by photographing a ligature suture using forceps during laparoscopic surgery with an endoscope camera. apparatus.
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