MinIAttention - Attention Management in Minimal Invasive Surgery

Laparoskopiska kirurgiska suboptimala utfall i patientsäkerhetsåtgärder är korrelerade med (i) kognitiv belastning / uppmärksamhetsnivå hos den opererande kirurgen, (ii) frekvensen och graden av störningar i det kirurgiska arbetsflödet och (iii) felinriktningen av visuella och motoriska axlar i laparoskopisk utrustning/miljö (öga-handkoordination).

Detta projekt kommer att skapa de grundläggande, design- och operativa principerna för framtida, kirurgvänliga informationsteknologier för minimal invasiv kirurgi operationsrum (MIS-IT), som - med tanke på den ständigt växande komplexiteten i kirurgiska arbetsflöden, såväl som instrument och utrustningsinställningar - kommer att måste bygga på mänsklig uppmärksamhet som en knapp resurs.

På den formella modellens och metodernas sida kommer MinIAttention att identifiera typer av mänsklig uppmärksamhet, såväl som kognitiva och fysiologiska mekanismer som avslöjar dess relation till perception, minne, beslutsfattande och lärande. Med utgångspunkt i etablerade teorier om individuell uppmärksamhet (Capacity Theory, Multiple Resource Theory, Feature Integration Theory) och respektive uppmärksamhetsmodeller (Broadbent, Kahneman, Wickens), kommer vi att karakterisera aspekter av uppmärksamhet hos kirurger under MIS-operationer. MinIAttention kommer empiriskt att bevisa sina modeller om dynamiken i en kirurgs uppmärksamhet längs arbetsflödet av en MIS-operation. Ett referensramverk för uppmärksamhetsigenkänning med flera sensorer kommer att implementeras, som involverar externa signaler från en kirurgs uppmärksamhet (ögonblick, huvud- och handgester, huvud- och helkroppsställning, fysiologiska signaler, såväl som kommunikation och social interaktion). Bevisade MinIAttention-uppmärksamhetsmodeller kommer att representera kärnan av medvetna kirurgassistanssystem, som täcker (i) sensorisk assistans, förbättring av kirurgens perceptuella kapacitet, (ii) motorisk assistans, förbättring av kirurgens motoriska och manipulativa kapacitet (iii) beslutsfattande assistans, vägledning kirurgen mot informerade, evidensbaserade, rationella, transparenta och snabba beslut under operationen, och (iv) kognitiv assistans, vilket förbättrar kirurgens minneshanteringskapacitet med digitala bakgrundssystem. I syfte att stödja detta forskningsförslag med ett tidigt intryck av genomförbarheten av den föreslagna forskningsmetoden och tillvägagångssättet, har de föreslagna partnerna frivilligt upprättat ett prototypiskt system för uppmärksamhetsfångning. Med denna preliminära förslagsstödstudie har vi bevisat att ensembler av sensorer tillsammans med våra uppmärksamhetsmodeller kan fungera som ett icke-påträngande, men potentiellt effektivt sätt att fastställa indikatorer på en kirurgs uppmärksamhet under levande operationer. Ovanför det verkar mönsterigenkänningsmetoderna och maskininlärningsteknikerna vara genomförbara för uppgiften med automatiserad uppmärksamhet och kognitiv belastningsdiagnos, och det föreslagna assistans- och multimodala återkopplingssystemet avslöjar genomförbart. Vi kan alltså säga att den forskningsmetod och metod som MinIAttention kommer att bygga på är solid, lovande och preliminärt bevisad på förhand.

Förutom MIS-IT-fokus i detta projekt kommer MinIAttention att fungera som en referens till ett mycket allmänt, observerbart kommande informationssamhällets dilemma: informationsöverbelastning och uppmärksamhetsbrist. I dagens informationsrika värld, där människor översvämmas av signaler och meddelanden på alla nivåer av perception och modaliteter (visuell, auditiv, taktil, lukt), tycks behovet av att effektivt fördela uppmärksamhet bland överflöd av informationskällor vara bland de mest krävande utmaningar för IKT-medierad kommunikation idag. För design och implementering av nya, framtida IKT-system av alla slag är det av stort intresse att förstå hur spontan, lokal, individuell uppmärksamhet på nya informationsobjekt uppstår. Ungefär två decennier av HCI och genomgripande/ubiquitous databehandlingsforskning har tydligt avslöjat att av de många indikativa designfaktorerna för modern IKT är mänsklig uppmärksamhet den första källan till perception, följaktligen också medvetenhet gentemot information och andra individer. MinIAttention kommer att skapa grunden för uppmärksamhetsmedveten IKT, det vill säga utveckla (i) formella modeller för mänsklig uppmärksamhet tillsammans med (ii) multisensoriska igenkänningsarkitekturer och resonemangsalgoritmer för att uppskatta och bedöma nivåer av mänsklig uppmärksamhet, tillsammans med deras (iii) inbäddning i IKT-system för dagligt bruk.

Fem internationella grupper kommer att samarbeta för att utveckla MinIAttention. JKU IPC har introducerat uppmärksamhetsmedveten IKT i forskarsamhället för Pervasive Computing, utvecklat banbrytande metoder och system och även främjat kognitiv IKT för att bli en europeisk forskningsprioritet (H2020). AKH KUK driver Österrikes mest avancerade laparoskopiska operationssalar med avancerad teknisk utrustning, Karl STORZ ENDOSKOPE är en världsledande leverantör av kirurgiska instrument. SUSSEX är bland världens mest välkända institutioner inom maskininlärning relaterat till bärbar datoranvändning, liksom FRI för avgörande statligt erkännande.