本發(fā)明屬于外科人因工程
技術領域：
，涉及一種腹腔鏡手術操作的人因?qū)W評價系統(tǒng)。
背景技術：
：近年來腹腔鏡手術的應用越來越廣泛，不同于傳統(tǒng)開放手術中醫(yī)師能夠直接看到并感知患者器官及病灶，在腹腔鏡手術過程中，醫(yī)師并不能夠直接看到手術部位，需要通過在大腦中建立醫(yī)學影像和患者實體之間的關系，并通過實時影像引導的方式進行手術操作。因此，腹腔鏡手術的眼手配合訓練變得更為復雜，也給醫(yī)師技能訓練和客觀評價帶來了新的挑戰(zhàn)。為了評價腹腔鏡手術時外科醫(yī)師的眼手配合熟練度和手術操作的功效學，需要對手術和醫(yī)師的操作行為進行準確記錄。人因?qū)W，又稱人因工程學、人機工程學、人類工效學等，是研究人在某種工作環(huán)境中的解剖學、生理學和心理學等方面的因素，研究人和機器及環(huán)境的相互作用，評價工作效率、人的健康、安全和舒適等問題的學科。由于訓練和經(jīng)驗不同，每一位醫(yī)師對病人和疾病的理解存在差異，對所呈現(xiàn)的醫(yī)學圖像的解讀能力存在差異，手術時所表現(xiàn)出的技能也有差異，這就是外科醫(yī)師的綜合能力。對操作者綜合能力的研究，通常被稱為人因?qū)W(humanfactors)，外科醫(yī)師的工作表現(xiàn)、心理負荷、眼手配合以及外科團隊配合等因素即為人因?qū)W的評價指標。已有的專利“一種智能外科手術過程視頻記錄系統(tǒng)(103932791b)”將手術攝像系統(tǒng)包括攝像設備和視頻接收終端的數(shù)據(jù)進行記錄，完整記錄手術全過程，可用于保存數(shù)據(jù)和學術交流；有助于低年資歷醫(yī)師的培養(yǎng)；有助于減少手術失誤。另一個專利“多媒體醫(yī)學記錄組件及其數(shù)據(jù)訪問方法(201510106967.2)”，提供了一種多媒體醫(yī)學記錄組件及其數(shù)據(jù)訪問方法。所提供的多媒體醫(yī)學記錄組件包括數(shù)據(jù)庫終端和管理終端，管理終端接收醫(yī)師和/或患者在遠程在線會診及離線時提供的醫(yī)學記錄。在這些技術中，側(cè)重手術過程的記錄、儲存和傳輸，目的僅僅在于手術的回顧、反饋及教學，但是缺乏足夠的數(shù)據(jù)記錄用于分析手術人因?qū)W，無法達到改進手術工具與方法，降低醫(yī)療錯誤和不良事件的最終目標。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種腹腔鏡手術操作的人因?qū)W評價系統(tǒng)，該系統(tǒng)記錄腹腔鏡手術的場景和醫(yī)師行為，來評價醫(yī)師手術操作的工作效率和操作能力。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的：一種腹腔鏡手術操作的人因?qū)W評價系統(tǒng)，包括腹腔鏡攝像頭、場景攝像頭、眼動儀和單片機，腹腔鏡攝像頭、場景攝像頭、眼動儀分別與單片機相連；所述腹腔鏡攝像頭采集器械運動軌跡，場景攝像頭實時記錄手術室場景，眼動儀記錄眼球運動的熱點區(qū)域、瞳孔直徑、眨眼頻率；評價過程如下:(1)根據(jù)器械運動軌跡，對手術任務進行分割，獲得不同手術任務的器械運動軌跡i(x,y)、持續(xù)時間th、難度指數(shù)e以及對應的時間幀序列，并輸入單片機；(2)單片機按照步驟1分割的時間幀序列，分別提取不同任務下的手術室場景、眼球運動的熱點區(qū)域sp(x,y)、瞳孔直徑ps、眨眼頻率bf和眨眼持續(xù)時間bd；(3)針對每個手術任務，利用提取的手術室場景，按照視頻幀相似度聚類算法計算手術場景干擾值d；根據(jù)瞳孔直徑ps，獲得該任務的時間幀序列內(nèi)的波動斜率pc/th(pc為該任務的時間幀序列內(nèi)的最大瞳孔直徑與最小瞳孔直徑之差)，從而獲得醫(yī)師在執(zhí)行該手術任務時的人因?qū)W評價指標：手術警覺性：v＝e*th/d；任務壓力指數(shù)：tli＝v+(bf/bd+pc/th)/2；眼手配合指數(shù)：ehci＝100w/th；w表示器械運動和眼球運動軌跡熱點疊合率。熟練成熟：opi＝e*ehci/th。本發(fā)明所達到的有益效果：借助全面的場景記錄和人因?qū)W指標記錄，可用于評價醫(yī)師工作效率，分析醫(yī)師操作的準確性，達到降低醫(yī)療錯誤和不良事件，增強患者安全的最終目標。附圖說明圖1為本發(fā)明的技術路線圖；圖2為本發(fā)明的記錄裝置構(gòu)造圖；圖3為膽囊切除任務下的瞳孔直徑ps變化圖；圖4為膽囊動脈結(jié)扎任務下的瞳孔直徑ps變化圖；圖5為膽囊切除任務下的眼球運動的熱點區(qū)域sp(x,y)圖；圖6為膽囊動脈結(jié)扎任務下的眼球運動的熱點區(qū)域sp(x,y)圖；圖中，1.場景攝像機2.器械軌跡跟蹤3.眼動儀4.單片機。具體實施方式本發(fā)明一種腹腔鏡手術操作的人因?qū)W評價系統(tǒng)，包括腹腔鏡攝像頭、場景攝像頭、眼動儀和單片機，腹腔鏡攝像頭、場景攝像頭、眼動儀分別與單片機相連；該系統(tǒng)通過各個記錄裝置記錄手術場景和眼球運動，具體如下：1.手術場景記錄：包括手術畫面記錄和手術室環(huán)境記錄。腹腔鏡手術畫面通過腹腔鏡鏡頭直接輸出，從而得到器械運動軌跡點。手術室場景畫面可由四臺高清攝像機獲取，實時記錄手術室和手術床的空間布局，患者的體位狀態(tài)，手術室工作人員(醫(yī)師、麻醉師、護士等)的工作狀態(tài)，以及手術過程中各種聲音記錄，這個過程稱之為工作場景記錄。2.眼球運動跟蹤記錄：由于人眼在盯腔鏡顯示屏不同位置時，眼球會發(fā)生相應的轉(zhuǎn)動，使被觀察物體落在視網(wǎng)膜的中央凹上，在假定頭部基本不動的情況下，視線方向就同計算機屏幕上的點形成一一對應的關系。這樣，通過對眼球狀態(tài)即視線方向的監(jiān)測，就可以得知對應在屏幕上的位置了。視線跟蹤法(eyetracking)就是通過眼動儀，利用圖像處理技術，使用能鎖定眼睛的特殊攝像機，通過攝入從人的眼角膜和瞳孔反射的紅外線連續(xù)地跟蹤記錄視線變化，從而達到記錄視線追蹤過程的目的，然后再對這些原始數(shù)據(jù)進行加工和分析。眼動儀是眼鏡式眼球運動監(jiān)控裝置，醫(yī)師佩戴時可以監(jiān)控外科醫(yī)師的眼球運動軌跡，獲取注視點軌跡圖，通過眼位定位、坐標變換、注視點定位，精確記錄外科醫(yī)師在手術過程中的視覺關注點，同時可以記錄醫(yī)師手術操作時的瞳孔大小、瞳孔波動曲線，以及眨眼頻率等，從而深入地研究醫(yī)師的警覺力和眼手配合能力。下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進行進一步說明。實施例1:本實施例是針對一項膽囊手術，其中主要包含膽囊切除和膽囊動脈結(jié)扎兩項任務，針對這項手術，采用本發(fā)明的系統(tǒng)對手術醫(yī)師的人因?qū)W指數(shù)進行評下如下：如圖2所示，一種腹腔鏡手術操作的人因?qū)W評價系統(tǒng)，包括腹腔鏡攝像頭、場景攝像頭、眼動儀和單片機，腹腔鏡攝像頭、場景攝像頭、眼動儀分別與單片機相連；腹腔鏡攝像頭采集器械運動軌跡，場景攝像頭實時記錄手術室場景，眼動儀記錄眼球運動的熱點區(qū)域、瞳孔直徑、眨眼頻率；評價過程如下：(1)根據(jù)器械運動軌跡，對手術任務進行分割，獲得不同手術任務的器械運動軌跡i(x,y)、持續(xù)時間th、難度指數(shù)e以及對應的時間幀序列，并輸入單片機；其中，e為手術任務的級別，根據(jù)[國家衛(wèi)生和計劃生育委員會手術分類分級目錄2015年版]獲得。(2)單片機按照步驟1分割的時間幀序列(手術任務時間段)，分別提取不同任務下的手術室場景、眼球運動的熱點區(qū)域sp(x,y)、瞳孔直徑ps、眨眼頻率bf和眨眼持續(xù)時間bd；其中膽囊切除任務下的瞳孔直徑ps變化如圖3所示，膽囊動脈結(jié)扎任務下的瞳孔直徑ps變化如圖4所示。膽囊切除任務下的眼球運動的熱點區(qū)域sp(x,y)如圖5所示，膽囊動脈結(jié)扎任務下的眼球運動的熱點區(qū)域sp(x,y)如圖6所示。并得到手運動軌跡和眼球熱點區(qū)域重疊率w如表1所示。表1(3)針對每個手術任務，利用提取的手術室場景，按照視頻幀相似度聚類算法計算手術場景干擾值d(d為聚類類別數(shù))；根據(jù)瞳孔直徑ps，獲得該任務的時間幀序列內(nèi)的波動斜率pc/th(pc為該任務的時間幀序列內(nèi)的最大瞳孔直徑與最小瞳孔直徑之差)，如表2所示。從而獲得醫(yī)師在執(zhí)行該手術任務時的人因?qū)W評價指標：表2任務名稱干擾值dbf(次數(shù))bd(min)pc/th1.膽囊切除56202.10.332.膽囊動脈結(jié)扎3481.31.6手術警覺性：v＝e*th/d；v任務1＝2*15/56＝53.6％；v任務1＝1*5/34＝14.7％任務壓力指數(shù)：tli＝100v+(bf/bd+pc/th)/2；tli任務1＝53.6+(20/2.1+0.33)/2＝58.5tli任務2＝14.7+(8/1.3+1.6)/2＝18.6眼手配合指數(shù)：ehci＝100w/thehci任務1＝75.7/15＝5.0ehci任務2＝87.6/5＝17.5熟練成熟：opi＝e*ehci/thopi任務1＝2*5.0/15＝0.667opi任務2＝1*17.5/5＝3.5根據(jù)上述儀器記錄的視頻，按照傳統(tǒng)的專家打分方法對該醫(yī)師進行評價，評價結(jié)果與本系統(tǒng)輸出結(jié)果進行對照，符合率達到98％，偏差在0.5％以下。因此，本發(fā)明的系統(tǒng)能廣泛應用于醫(yī)師的人因?qū)W評價。當前第1頁12