MinIAttention - Attention Management in Minimal Invasive Surgery

Laparoskopiske kirurgiske suboptimale utfall i pasientsikkerhetstiltak er korrelert med (i) kognitiv belastning/oppmerksomhetsnivå for operasjonskirurgen, (ii) frekvensen og graden av forstyrrelser i den kirurgiske arbeidsflyten, og (iii) feiljusteringen av visuelle og motoriske akser i laparoskopisk utstyr / setting (øye-hånd-koordinasjon).

Dette prosjektet vil skape grunnleggende, design og operasjonelle prinsipper for fremtidige, kirurgvennlige minimal invasive kirurgi operasjonsrom informasjonsteknologier (MIS-IT), som -gitt den stadig økende kompleksiteten i kirurgiske arbeidsflyter, så vel som instrument- og utstyrsinnstillinger- vil må bygge på menneskelig oppmerksomhet som en knapp ressurs.

På den formelle modellens og metodenes side vil MinIAttention identifisere typer menneskelig oppmerksomhet, samt kognitive og fysiologiske mekanismer som avslører dens forhold til persepsjon, hukommelse, beslutningstaking og læring. Med utgangspunkt i etablerte teorier om individuell oppmerksomhet (Capacity Theory, Multiple Resource Theory, Feature Integration Theory) og de respektive oppmerksomhetsmodellene (Broadbent, Kahneman, Wickens), vil vi karakterisere aspekter ved oppmerksomheten til kirurger under MIS-operasjoner. MinIAttention vil empirisk bevise sine modeller for dynamikken i en kirurgs oppmerksomhet langs arbeidsflyten til en MIS-operasjon. Et referanserammeverk for oppmerksomhetsgjenkjenning med flere sensorer vil implementeres, som involverer eksternaliserte signaler fra kirurgens oppmerksomhet (øyeblikk, hode- og håndbevegelser, hode- og helkroppspositur, fysiologiske signaler, samt kommunikasjon og sosial interaksjon). Eviderte MinIAattention-oppmerksomhetsmodeller vil representere kjernen av bevisste kirurgassistansesystemer, som dekker (i) sensorisk assistanse, styrking av kirurgens perseptuelle kapasitet, (ii) motorisk assistanse, styrking av kirurgens motoriske og manipulerende kapasiteter (iii) beslutningstakingsassistanse, veiledning kirurgen mot informerte, evidensbaserte, rasjonelle, transparente og rettidige beslutninger under operasjonen, og (iv) kognitiv assistanse, som forbedrer kirurgenes minnehåndteringskapasitet med digitale bakgrunnsminnesystemer. I den hensikt å støtte dette forskningsforslaget med et tidlig inntrykk av gjennomførbarheten av den foreslåtte forskningsmetoden og tilnærmingen, har de foreslåtte partnerne frivillig satt opp et prototypisk oppmerksomhetsfangstsystem. Med denne foreløpige forslagsstøttestudien har vi vist at ensembler av sensorer sammen med våre oppmerksomhetsmodeller kan tjene som et ikke-påtrengende, men potensielt effektivt middel for å bestemme indikatorer på en kirurgs oppmerksomhet under levende operasjoner. Utover det ser mønstergjenkjenningsmetodene og maskinlæringsteknikker ut til å være levedyktige for oppgaven med automatisert oppmerksomhet og kognitiv belastningsdiagnose, og det foreslåtte assistanse- og multimodale tilbakemeldingssystemet viser gjennomførbare. Vi kan dermed si at forskningsmetoden og tilnærmingen som MinIAttention vil bygge på er solid, lovende og foreløpig bevist på forhånd.

Bortsett fra MIS-IT-fokuset til dette prosjektet, vil MinIAttention tjene som en referanse til et veldig generelt, observerbart kommende informasjonssamfunnsdilemma: informasjonsoverbelastning og oppmerksomhetsknapphet. I dagens informasjonsrike verden, hvor mennesker oversvømmes med signaler og meldinger på alle nivåer av persepsjon og modaliteter (visuelle, auditive, taktile, olfaktoriske), ser behovet for å fordele oppmerksomhet effektivt blant overfloden av informasjonskilder ut til å være blant de største krevende utfordringer for IKT-mediert kommunikasjon i dag. For design og implementering av nye, fremtidige IKT-systemer av alle slag, er det av stor interesse å forstå hvordan spontan, lokal, individuell oppmerksomhet til nye informasjonselementer oppstår. Omtrent to tiår med HCI og gjennomgripende/allestedsnærværende databehandlingsforskning har tydelig avslørt at av de mange indikative designfaktorene for moderne IKT, er menneskelig oppmerksomhet den første kilden til persepsjon, og følgelig også bevissthet overfor informasjon og andre individer. MinIAttention vil skape det grunnleggende grunnlaget for oppmerksomhetsbevisst IKT, dvs. utvikle (i) formelle modeller for menneskelig oppmerksomhet sammen med (ii) multisensoriske gjenkjennelsesarkitekturer og resonneringsalgoritmer for å estimere og vurdere nivåer av menneskelig oppmerksomhet, sammen med deres (iii) integrering i IKT-systemer til daglig bruk.

Fem internasjonale grupper skal samarbeide for å utvikle MinIAttention. JKU IPC har introdusert oppmerksomhetsbevisst IKT i det vitenskapelige miljøet Pervasive Computing, utviklet banebrytende metoder og systemer, og også fremmet kognitiv IKT til å bli en europeisk forskningsprioritet (H2020). AKH KUK driver Østerrikes mest avanserte laparoskopiske operasjonsstue med banebrytende teknologisk utstyr, Karl STORZ ENDOSKOPE er en verdensledende leverandør av kirurgiske instrumenter. SUSSEX er blant verdens mest anerkjente institusjoner innen maskinlæring relatert til bærbar databehandling, det samme er FRI for viktig statlig anerkjennelse.