=Paper=
{{Paper
|id=Vol-2045/Bilisim_paper_5
|storemode=property
|title= Cerrahi Egitim Alan Kisilerin Beceri Seviyelerinin Goz Hareketlerinin Uç Boyutlu Simulasyon Ortaminda Incelenmesi ile Tahmin Edilmesi (Estimation of Skill Levels of People Taking Surgical Training by Analysing Eye Movements in Three Dimensional Simulation Environment)
|pdfUrl=https://ceur-ws.org/Vol-2045/01_Bilisim_2017_paper_5.pdf
|volume=Vol-2045
|authors=Gonca Gokce Menekse Dalveren,Nergiz Ercil Cagiltay
}}
== Cerrahi Egitim Alan Kisilerin Beceri Seviyelerinin Goz Hareketlerinin Uç Boyutlu Simulasyon Ortaminda Incelenmesi ile Tahmin Edilmesi (Estimation of Skill Levels of People Taking Surgical Training by Analysing Eye Movements in Three Dimensional Simulation Environment)==
https://ceur-ws.org/Vol-2045/01_Bilisim_2017_paper_5.pdf
Cerrahi Eğitim Alan Kişilerin Beceri Seviyelerinin Göz Hareketlerinin
Üç Boyutlu Simülasyon Ortamında İncelenmesi ile Tahmin Edilmesi
Gonca Gökçe Menekşe Dalveren Nergiz Ercil Çağıltay
Atılım Üniversitesi, Yazılım Müh. Böl., Atılım Üniversitesi, Yazılım Müh. Böl.,
İncek, Ankara İncek, Ankara
gonca.menekse@atilim.edu.tr nergiz.cagiltay@atilim.edu.tr
ÖZET movement data may provide insights about the skill
Göz izleme teknolojisi cerrahi simülasyon ortamlarındaki levels of surgical residents. Accordingly, in this study the
kursiyerlerin davranışlarını daha iyi anlamak için intermediate surgical residents’ eye gazes are compared
kullanılmaktadır. Bu konuda yapılan araştırmalar, acemi with the novices while they were performing the same
cerrahların, sınırlı görme alanı, el-göz koordinasyon tasks surgical tasks in a computer-based simulation
sorunları, sınırlı çalışma alanı ve dokunsal duyu environment. Based on the results, among the 23 novice
eksikliğinden dolayı genellikle bir ameliyat aleti and intermediate level of surgical residents, 82.6% of
konumunun doğru algılanışından yoksun olduğunu the cases are classified as novice or intermediate. This
göstermektedir. Bu konular endoskopik cerrahiyi tıp results is very promising to better guide and improve
öğrencilerini ustalaştırmak için zor bir beceri haline the necessary skills of candidate surgeons as well as to
getirmektedir. Dolayısıyla bu çalışmada, göz hareketi better design the instructional systems by considering
verilerinin cerrahi öğrencilerin beceri düzeyleri hakkında their skill improvements regularly. Hence it could be a
fikir verebileceği varsayılmaktadır. Buna göre, cerrahi good measure for assessing the skill improvements of
eğitim almakta olan, acemi ve orta seviyesindeki the surgeons.
öğrencilerin, bilgisayar destekli bir simülasyon
ortamında aynı cerrahi görevleri yerine getirirken göz Keywords
hareketleri incelenmiştir. Çalışmanın sonuçları, 23 acemi Eye tracking; skill level; computer-based simulation; eye
ve orta seviyedeki cerrahi öğrencilerin, % 82.6'sının data classification; classification algorithms.
doğru bir şekilde acemi ya da başlangıç seviyesi olarak
sınıflandırılmıştır. Bu sonuçlar aday cerrahların gerekli GİRİŞ
becerilerini daha iyi bir şekilde elde edebilmeleri için
yönlendirilebilmeleri ve aynı zamanda gelişen yetenek Cerrahi beceri düzeylerinin değerlendirilmesi eğitim ve
seviyelerinin düzenli olarak incelenmesi sonucunda, bu alandaki öğretim programları için zor bir süreçtir.
daha etkili öğretim sistemlerinin tasarlanması Geleneksel cerrahi beceri değerlendirme süreçleri öznel
konusunda umut vericidir. Dolayısıyla göz hareketleri bir yaklaşım içermektedir ve dolayısıyla değerlendirmeyi
verisi, cerrahi eğitim süreçlerinde kullanılma potansiyeli yapan kişiden kişiye değişiklik gösterebilmektedir [1]. Bu
olan iyi bir ölçme olarak değerlendirilebilir. alanda kullanılan standart bir yöntemin bulunmaması
nedeniyle, cerrahların beceri düzeyleri nesnel olarak
Anahtar Kelimeler belirlenememektedir [2]. Dolayısıyla teknik cerrahi
Göz hareketi takibi; beceri seviyesi; bilgisayar-tabanlı becerilerin nesnel bir yaklaşım ile değerlendirildiği
simülasyon; göz verisi sınıflandırması; sınıflandırma yöntemlere ihtiyaç duyulmaktadır [2]. Teknik Beceri
algoritmaları. Amaçlı Yapısal Değerlendirme (OSATS), cerrahi becerileri
değerlendirmek için bir kontrol listesi içeren bir küresel
ABSTRACT
ölçekte derecelendirme yöntemidir; ancak bu
Eye tracking technology has been used to better sistemlerin doğruluklarında çeşitli dezavantajları
understand the trainees’ behaviors in surgical bulunmakta değerlendirmeyi yapan kişilerin öznel
simulation environments. It is known that novice kararlarına bağlı olarak sonuçlar farklılık
surgeons often lack a correct perception of an gösterebilmektedir [3]. Cerrahi simülasyonlar acemi
instrument’s position due to a restricted vision field, cerrahların psiko-motor becerilerini uzman cerrahların
hand-eye coordination problems, limited work space denetimine gerek kalmadan risksiz bir ortamda
and the lack of tactile sensation. Those issues make geliştirebilmelerine olanak tanımaktadır [4]. Göz takibi
endoscopic surgery a difficult skill for medical residents yaklaşımı, cerrahi beceri düzeylerini nesnel olarak
to master. Hence in this study it is hypothesized that eye değerlendirmek için önceki çalışmalarda kullanılmış ve
bu çalışmaların sonucuna göre deneyimli ve acemi
cerrahların göz hareketi davranışları arasında önemli
farkların olduğu tespit edilmiştir [4]. Önceki
araştırmaların sonuçları, tecrübeli cerrahların daha kısa
sürede bilgiyi elde edebilme yeteneklerinin gelişmiş
olması nedeniyle, odaklanma süresinin (fixation
duration) acemi cerrahlara oranla daha kısa olduğunu
göstermektedir [5]. Bir başka çalışmada, uzman pilot ve
acemi pilotların uçağın iniş operasyonu sürecinde göz
hareketleri arasında farklar olduğunu, uzman pilotların
gerekli bilgileri acemilerden daha hızlı bir şekilde bir
araya getirmeleri nedeniyle, acemilerden daha kısa Şekil 1. Katılımcı Bilgileri
odaklanma sürelerine sahip olduklarını göstermektedir
[6]. Dolayısıyla, alanyazındaki çalışmalar cerrahların Araştırma Prosedürü
beceri seviyelerindeki farklılıkların göz hareketi verileri Veriler, 1920 × 1080 piksel ekran çözünürlüğü ile 60
yardımıyla anlaşılabileceği konusunda umut Hz'de çalışan bir Eye Tribe Eye Tracker isimli bir göz
vermektedir. Bu çalışmada, cerrahların deneyim izleme cihazı kullanılarak kaydedilmiştir. Verilen
düzeyleri göz hareketlerini değerlendirerek tahmin görevleri yerine getirmek için, Geomagic Touch isimli
edilmesi hedeflenmektedir. Bir cerrahi simülasyon orta sınıf profesyonellikteki bir dokunsal cihaz (haptic
senaryosu içinde tanımlanan görevleri yerine getirirken device) kullanılmıştır.
cerrahi eğitim almakta olan öğrencilerin göz hareketleri Göz verilerinin toplanması için bir simülasyon senaryosu
verisi göz izleme cihazı aracılığı ile toplanmıştır. Çalışma tasarlanmış, katılımcıların cerrahi aleti kullanarak bu
ile göz izleme cihazından elde edilen ham veriler, bir açık simülasyon ortamındaki bir odada rastgele yerlerde
kaynaklı göz hareketi sınıflandırma algoritması ortaya çıkan topu yakalayarak yine rastgele yerlerde
kullanılarak sınıflandırılarak katılımcıların odaklanma görünen küpün üzerine koymaları gerekmektedir (bkz.
süresi verisi hesaplanmakta ve bu veri kullanılarak Şekil 2).
deneyim seviyeleri için bir öngörüde bulunulması
amaçlanmaktadır.
METOD
Bu çalışmada, endoskopik beyin cerrahisine yönelik,
beceriye dayalı eğitim ortamlarına katkı sağlamak
amacıyla bilgisayara dayalı bir simülasyon senaryosu
geliştirilmiştir. Cerrahi eğitim almakta olan öğrencilerin
bu senaryoda tanımlanan görevleri yerine getirirken göz
hareketleri kaydedilerek analiz edilmiştir. Aşağıda Şekil 2. Bilgisayar tabanlı Simülasyon Senaryosu
çalışmaya katkı veren katılımcılar ve çalışmada
Bu işlem, 10 kez tekrarlanmaktadır. Bu senaryoda
uygulanan prosedür ile ilgili detaylı bilgi verilmektedir.
başarılı olabilmek için, katılımcıların bir cerrahi alet
kullanma yeteneği, derinlik algıları, nesnelerin hızlı takibi
Katılımcılar
ve gözlemledikleri alanın genişliği gibi becerileri etkili
Bu çalışmaya Ankara'da Hacettepe Üniversitesi Tıp
olmaktadır. Cerrahlar iki elini cerrahi bir operasyonda
Fakültesi Nöroşirurji ve Kulak Burun Boğaz (KBB) cerrahi
kullanmalıdırlar. Her iki el koordinasyon becerilerini
bölümlerinden 23 gönüllü katılmıştır. Katılımcılar,
geliştirmek önemlidir. Buna göre, bu çalışmada cerrahi
minimal invaziv cerrahide uzmanlık seviyeleri acemi
senaryo, her katılımcı tarafından baskın elle ve baskın
(bilgi edinmeye başlamış olanlar) ve başlangıç seviyesi
olmayan el ile ve son olarak da her iki elle
(henüz endoskopik ameliyat operasyonlarına başlamış
gerçekleştirildi.
olanlar) [7] olmak üzere iki grupta toplanan 23 kişiden
oluşmaktadır. Deneyin başlangıcında katılımcılar 70 cm.'lik bir
mesafede monitörün önüne oturarak görevleri yerine
Bu 23 katılımcının 14'ü (2 kadın) daha önce hiç bir
getirmişlerdir. Deneyden önce, prosedürü açıklayan bir
endoskopik cerrahi ameliyatını kendi başına yapmamış
talimat, çalışmayı gerçekleştiren uzman tarafından
olan acemilerden oluşmaktadır. Katılımcılardan 9'u ise,
bireysel olarak verilmiştir. Monitörün altına kurulan göz
en az bir endoskopik cerrahiyi kendi başına
izleme cihazının kalibrasyonu için dokuz kalibrasyon
gerçekleştirmiş olan ve ortalamada 16.56 (SD = 16.60)
noktası verilmiştir. Kaydedilen veriler, bir açık kaynaklı
ameliyatı cerrah pozisyonunda gerçekleştirmiş olan
göz hareketi sınıflandırma algoritması olan I-VVT
başlangıç seviyesindeki cerrahlardır (bkz. Şekil 1).
algoritması kullanılarak sınıflandırılmıştır. I-VVT,
odaklanma (fixation), sıçrama (Saccade) ve pürüzsüz cerrahi sakinlerinin değerlendirilmesi için objektif bir
takip olaylarını sınıflamak için tasarlanmıştır [8]. I-VVT, araç olarak kullanılması araştırılmıştır. Bu çalışmadan,
minimum amplitüd ve süreye göre gürültülü sakkad göz metriklerinin orta dereceli cerrahları acemiden ayırt
benzeri olayları süzen bir filtre işlevi içerir [9]. edebildiği görülmektedir. Bugün, tıp eğitimcileri,
cerrahları değerlendirirken öznel yöntemleri
Göz izleme, beynin altında yatan sinir ağlarıyla yakından
kullanmaktadır, ancak bu yöntemler cerrahi becerilerin
bağlantılı olan oküler etkinlik yoluyla bilgi işleme
değerlendirilmesinde yeterli değildir. Gelecekteki göz
kaynaklarının tahsisi için değerli bir fizyolojik veri
hareketlerinden elde edilen veriler bu öznel metotların
kaynağı sağlar [10]. Deney seviyeleri ile el durumu etkisi
yerini alacak ve değerlendirmeleri daha objektif hale
arasındaki farkları anlamak için sabitleme süresi olayı
getirecektir. Böylece, cerrahi eğitim daha başarılı bir
kullanılır. Fiksasyon, küçük bir dağılım ve hız ile yavaş bir
hale getirildi ve cerrahların ilerleme seviyeleri daha
dönem göz hareketi olup, bu olay, sabitleme sayısı ve
doğru olarak belirlenecek.
fiksasyon süresi olarak I-VVT algoritması ile sınıflandırılır.
Bu çalışmada, fiksasyon süresi göz hareketi olayı,
Teşekkür
cerrahların deneyim seviyesi tahmini için kullanılmıştır. Bu çalışma Endoskopik Cerrahi Eğitim projesi (ECE:
Bu göz hareketi olayı cerrahların deneyim düzeylerini Tubitak 1001, Proje No: 112K287) kapsamında kurulan
ayırt etmek için kullanılabilir. Atılım Üniversitesi SIMLAB laboratuvarında
Tüm verilerin analizi, Windows yazılım paketi için SPSS gerçekleştirilmiştir. Yazarlar, bu araştırmayı
(sürüm 23; IBM Corporation, New York, ABD) için% 95 gerçekleştirmek için verdiği destekten dolayı TÜBİTAK
güven düzeyinde gerçekleştirildi. Bu çalışmada 1001 programına teşekkür ederler.
cerrahların deneyim düzeylerinin tahmininde lojistik
regresyon analizi yapılmıştır. KAYNAKÇA
SONUÇLAR [1] A. A. Obeid, K. H. AL-Qahtani, M. Ashraf, F. R.
Bu çalışmada cerrahların göz hareketleri cerrahi işlem Alghamdi, O. Marglani, and A. Alherabi, "Development
simülasyonu kullanılarak göz takip cihazı ile kaydedildi. and testing for an operative competency assessment
Kaydedilen veriler açık kaynak göz hareketi sınıflandırma tool for nasal septoplasty surgery," American journal of
algoritması olan I-VVT ile sınıflandırılmıştır. I-VVT rhinology & allergy, vol. 28, no. 4, pp. e163-e167, 2014.
algoritması, göz hareketlerini, fiksasyon numarası, tespit
süresi, sakkad sayısı, sakkad süresi, takip numarası ve [2] N. Ahmidi et al., "Automated objective surgical
takip süresi gibi belirli olaylara ayıran bir algoritma. skill assessment in the operating room from
Deneyim düzeyinin en belirleyici olan olay sabitleme unstructured tool motion in septoplasty," International
süresi, bu olaylardan analiz edildi. Önceki araştırmalar journal of computer assisted radiology and surgery, vol.
deneyimli cerrahların fiksasyon sürelerini kısalttığını 10, no. 6, pp. 981-991, 2015.
göstermiştir, çünkü bilgileri kavrama becerisi [3] T. Tien, P. H. Pucher, M. H. Sodergren, K.
geliştirilmiştir [6]. Senaryo, üç el durumunda olması Sriskandarajah, G.-Z. Yang, and A. Darzi, "Eye tracking
durumunda tekrarlanır. Egemen el durumu, cerrahlar for skills assessment and training: a systematic review,"
arasındaki farklılıkları açıkça gösteren bir durumdur. Bu journal of surgical research, vol. 191, no. 1, pp. 169-178,
nedenle, analizlerde baskın el durumu kullanılmıştır. 2014.
Açık kaynak göz hareketi sınıflandırma algoritması I-
VVT'den elde edilen sonuçlar analiz edildi. Yirmi cerrah [4] S. J. Vine, J. S. McGrath, E. Bright, T. Dutton, J.
simülasyon senaryosunu gerçekleştirdi. Katılımcıların Clark, and M. R. Wilson, "Assessing visual control during
deneyimlerinin tahmini üzerine sabitleme süresinin ve simulated and live operations: gathering evidence for
egemen elin etkilerini saptamak için lojistik regresyon the content validity of simulation using eye movement
uygulandı. Lojistik regresyon modeli istatistiksel olarak metrics," Surgical endoscopy, vol. 28, no. 6, pp. 1788-
anlamlıydı, x2 (2) = 9.908, p = .007. Model, deneyimin 1793, 2014.
varyansının% 47.4'ünü (Negelkerke R2) açıkladı ve [5] J. Vickers, "Gaze control in basketball foul
olguların% 82.6'sını doğru olarak sınıflandırdı. Wald shooting," Studies in Visual Information Processing, vol.
kriterinde, fiksasyon süresinin tahmini anlamlı düzeyde 6, pp. 527-541, 1995.
katkıda bulunduğu gösterilmiştir (p = .045). Baskın el
önemli bir belirteç değildi. [6] P. Kasarskis, J. Stehwien, J. Hickox, A. Aretz, and
C. Wickens, "Comparison of expert and novice scan
TARTIŞMA behaviors during VFR flight," in Proceedings of the 11th
Cerrahın beceri düzeylerini değerlendirmek önemlidir. International Symposium on Aviation Psychology, 2001,
Değerlendirme süreci objektif, gerçekçi ve doğru pp. 1-6.
olmalıdır. Mevcut değerlendirme prosedürleri objektif
yöntemlerle yapılmaz. Bu çalışmada göz hareketlerinin
[7] M. Silvennoinen, J.-P. Mecklin, P. Saariluoma, Yazılım Mühendisliği Bölümü’nde halen araştırma
and T. Antikainen, "Expertise and skill in minimally görevlisi olarak doktora çalışmalarına devam
invasive surgery," Scandinavian Journal of Surgery, vol. etmektedir.
98, no. 4, pp. 209-213, 2009.
Doç. Dr. Nergiz Ercil Çağıltay
[8] O. V. Komogortsev, D. V. Gobert, S. Jayarathna,
D. H. Koh, and S. M. Gowda, "Standardization of
automated analyses of oculomotor fixation and saccadic ODTÜ Matematik Bölümü’nden 1988 yılında mezun
behaviors," IEEE Transactions on Biomedical olduktan sonra aynı üniversitenin Bilgisayar
Engineering, vol. 57, no. 11, pp. 2635-2645, 2010. Mühendisliği Bölümü’nden Yüksek Lisans çalışmasını
tamamlayarak, Yüksek Bilgisayar Mühendisi derecesini
[9] O. V. Komogortsev and A. Karpov, "Automated aldı. Daha sonra, ODTÜ
classification and scoring of smooth pursuit eye Bilgisayar ve Öğretim
movements in the presence of fixations and saccades," Teknolojileri Eğitimi
Behavior research methods, vol. 45, no. 1, pp. 203-215, Bölümü’nde doktora çalışmasını
2013. tamamladı. Türkiye'de çeşitli
[10] C. Bröhl, S. Theis, P. Rasche, M. Wille, A. özel sektör ve devlet
Mertens, and C. M. Schlick, "Neuroergonomic analysis of kurumlarında yazılım mühendisi
perihand space: effects of hand proximity on eye- ve grup yöneticisi olarak
tracking measures and performance in a visual search çalıştıktan sonra, 1998-2002
task," Behaviour & Information Technology, pp. 1-8, yılları arasında A.B.D. Indiana
2017. Üniversitesi Digital Library
Program biriminde çalıştı. Kendisi halen Atılım
Üniversitesi Yazılım Mühendisliği Bölümü’nde öğretim
üyesi olarak çalışmalarına devam etmektedir. İş Zekâsı
ÖZGEÇMİŞLER
ve Veri Ambarı Sistemleri, Veritabanı Sistemleri, Scratch
Gonca Gökçe Menekşe Dalveren ile Programlamayı Öğreniyorum, C Dersi:
Programlamaya Giriş gibi birçok Türkçe ders kitabı
Atılım Üniversitesi Bilgisayar hazırlamış olan Çağıltay, öğretim teknolojileri ve tıp
Mühendisliği Bölümü’nden 2009 bilişimi alanlarında araştırmalar yapmakta ve projeler
yılında mezun olduktan sonra yürütmektedir. Çağıltay ayrıca 1971 yılından beri faaliyet
aynı üniversitenin Bilgisayar göstermekte olan Türkiye Bilişim Derneği (TBD) Ankara
Mühendisliği Bölümü’nde Yüksek Şubesi Yönetim Kurulu üyeliği görevini sürdürmektedir.
Lisans çalışmasını tamamlayarak, Nergiz Çağıltay ile ilgili detaylı bilgiye
2011 yılında Yüksek Bilgisayar www.atilim.edu.tr/~nergiz.cagiltay adresinden
Mühendisi derecesini aldı. Özel ulaşılabilir.
sektör kurumunda bilgisayar
mühendisi olarak çalıştıktan sonra, 2012 yılında Atılım
Üniversitesi Yazılım Mühendisliği Bölümü’nde araştırma
görevlisi olarak göreve başladı. Atılım Üniversitesi