Towards Interpretable Motion-level Skill Assessment in Robotic Surgery

要約

目的: 私たちは、きめ細かいレベルでの手術活動のより深い理解とスキル評価における解釈可能なフィードバックに向けて、ドライラボ手術演習における手術ジェスチャーと動作プリミティブの関係を研究します。
方法: JIGSAWS データセット内のジェスチャのモーション プリミティブ シーケンスを分析し、それらのシーケンス内の逆モーション プリミティブを特定します。
逆モーション プリミティブは、同じツールによる同じオブジェクトに対する、効果的に相互に打ち消し合う連続アクションとして定義されます。
また、縫合、針通し、結び目を結ぶタスクのドライラボ試験における手術スキル (GRS スコアで測定) と逆運動プリミティブの数と総継続時間との相関関係も調べます。
結果: ジェスチャーの実行に使用されるモーション プリミティブのシーケンスが、手術ジェスチャーにおけるラベル付けエラーの検出に役立つことがわかりました。
逆モーション プリミティブは、オブジェクトの位置や方向を修正するための回復アクションとしてよく使用されます。また、奥行き知覚などの他の問題を示す場合もあります。
トライアルにおける逆運動プリミティブの数と合計継続時間も、縫合および結び目タスクにおける GRS スコアの低下と強く相関しています。
結論: 動作プリミティブのシーケンスとパターンを使用して、手術スキルの評価において解釈可能なフィードバックを提供できる可能性があります。
動作認識モデルと組み合わせると、非効率または問題のある動作の逆動作プリミティブのビデオ クリップを表示することで、自動スキル評価の説明可能性を向上させることができます。

要約(オリジナル)

Purpose: We study the relationship between surgical gestures and motion primitives in dry-lab surgical exercises towards a deeper understanding of surgical activity at fine-grained levels and interpretable feedback in skill assessment. Methods: We analyze the motion primitive sequences of gestures in the JIGSAWS dataset and identify inverse motion primitives in those sequences. Inverse motion primitives are defined as sequential actions on the same object by the same tool that effectively negate each other. We also examine the correlation between surgical skills (measured by GRS scores) and the number and total durations of inverse motion primitives in the dry-lab trials of Suturing, Needle Passing, and Knot Tying tasks. Results: We find that the sequence of motion primitives used to perform gestures can help detect labeling errors in surgical gestures. Inverse motion primitives are often used as recovery actions to correct the position or orientation of objects or may be indicative of other issues such as with depth perception. The number and total durations of inverse motion primitives in trials are also strongly correlated with lower GRS scores in the Suturing and Knot Tying tasks. Conclusion: The sequence and pattern of motion primitives could be used to provide interpretable feedback in surgical skill assessment. Combined with an action recognition model, the explainability of automated skill assessment can be improved by showing video clips of the inverse motion primitives of inefficient or problematic movements.

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