Surgeons' technical skill directly impacts patient outcomes. To date, the angular motion of the instruments has been largely overlooked in objective skill evaluation. To fill this gap, we have developed metrics for surgical skill evaluation that are based on the orientation of surgical instruments. We tested our new metrics on two datasets with different conditions: (1) a dataset of experienced robotic surgeons and nonmedical users performing needle-driving on a dry lab model, and (2) a small dataset of suturing movements performed by surgeons training on a porcine model. We evaluated the performance of our new metrics (angular displacement and the rate of orientation change) alongside the performances of classical metrics (task time and path length). We calculated each metric on different segments of the movement. Our results highlighted the importance of segmentation rather than calculating the metrics on the entire movement. Our new metric, the rate of orientation change, showed statistically significant differences between experienced surgeons and nonmedical users / novice surgeons, which were consistent with the classical task time metric. The rate of orientation change captures technical aspects that are taught during surgeons' training, and together with classical metrics can lead to a more comprehensive discrimination of skills.


翻译:外科医生的技术能力直接影响到病人的结果。到目前为止,仪器的角运动在客观技能评价中基本上被忽视。为填补这一空白,我们根据外科仪器的方向,制定了外科技能评价的衡量标准。我们用两种不同条件的数据集测试了我们的新衡量标准:(1) 一套由经验丰富的机器人外科医生和非医疗用户在干燥实验室模型上驾驶针头的数据集,和(2) 一套由外科医生培训在孔西内模型上进行的细线运动的小型数据集。我们评估了我们的新指标(角转移和方向变化率)的性能,以及古典指标(时间和路径长度)的性能。我们计算了运动不同部分的每项衡量标准。我们的结果突出了分解的重要性,而不是计算整个运动的计量标准。我们的新衡量标准,即方向变化率,显示了经验丰富的外科医生与非医疗用户/非医科医生之间在统计上的重大差异,这些差异与古典任务时间衡量标准一致。定向变化率可以捕捉到外科医生培训期间教授的技术方面,并且与古典衡量技能的更全面区分。

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