Μοντελοποίηση Κινήσεων Σε Εικονικό Προσομοιωτή Παρακέντησης Με Απτική Ανάδραση Χρησιμοποιώντας Κρυφά Μαρκοβιανά Μοντέλα Για Την Αυτόματη Αναγνώριση Και Αντικειμενική Αξιολόγηση Χειρουργικών Δεξιοτήτων

Abstract

Τα τελευταία χρόνια έχουν αυξηθεί σημαντικά οι ερευνητικές προσπάθειες που επιδιώκουν την δημιουργία προσομοιωτών χειρουργικών επεμβάσεων εικονικής πραγματικότητας για την εκπαίδευση των ειδικευόμενων ιατρών. Συγχρόνως, αυξάνονται οι εφαρμογές των κρυφών μαρκοβιανών μοντέλων (ΗΜΜ) σε θέματα αυτόματης αναγνώρισης κίνησης και αντικειμενικής αξιολόγησης δεξιοτήτων. Σε αυτήν τη διπλωματική εργασία επιδιώξαμε, με την χρήση των κρυφών Μαρκοβιανών μοντέλων (ΗΜΜ), να επιτύχουμε την μοντελοποίηση της παρακέντησης της υποκλειδίου φλέβας, όπως την εκτέλεσαν έμπειροι χειρουργοί χρησιμοποιώντας έναν εικονικό προσομοιωτή απτικής ανάδρασης που έχει αναπτυχθεί πειραματικά στο Εργαστήριο Ρομποτικής της Σχολής ΗΜΜΥ ΕΜΠ. Αρχικά, μοντελοποιήθηκε ο τρόπος εκτέλεσης της επέμβασης και δημιουργήθηκε ένας μεγάλος αριθμός θεωρητικών δεδομένων με τα οποία εξετάστηκε το νέο μας σύστημα αναγνώρισης. Στην συνέχεια, πραγματοποιήθηκε ένα πείραμα στο οποίο συμμετείχαν δύο ομάδες χρηστών: αυτή των έμπειρων χειρουργών και αυτή των αρχάριων. Κατά την επεξεργασία των πειραματικών δεδομένων εξετάσθηκε κατά πόσο το σύστημά μας μοντελοποιεί ικανοποιητικά τις συγκεκριμένες απλές χειρουργικές κινήσεις, αξιολογήθηκε η επίδοση του συστήματός ως προς την αυτόματη αναγνώριση κινήσεων, καθώς και το ποσοστό επιτυχούς εκτίμησης του επιπέδου δεξιοτήτων κάθε χρήστη, δηλαδή εάν μία πειραματική δοκιμή προέρχεται από έμπειρο ή αρχάριο χρήστη. Επιπροσθέτως, διερευνήσαμε την ύπαρξη διαφοροποιήσεων στις εκτελούμενες κινήσεις, οι οποίες οφείλονται στην ενεργοποίηση ή μη της ανάδρασης δύναμης, και εξετάσαμε τον βαθμό στον οποίο η απτική ανάδραση επηρεάζει την αποδοτική εκπαίδευση των (αρχάριων) χρηστών. Τα ποσοστά επίδοσης που επιτύχαμε με την συγκεκριμένη πειραματική διαδικασία είναι αρκετά ενθαρρυντικά για την επιστημονική κοινότητα, ειδικά λαμβάνοντας υπόψη ότι ο προσομοιωτής στον οποίο στηρίχθηκε η εργασία αυτή βρίσκεται σε πρωτότυπο πειραματικό στάδιο.