Effets de la fidélité dans les simulateurs de réalité virtuelle sur l'apprentissage des compétences techniques en chirurgie

Effects of fidelity in virtual reality simulators on learning technical surgical skills

• Auteur / Autrice : Aylen Ricca
• Direction : Samir Otmane, Mohamed-El-Amine Chellali
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 09/12/2020
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Informatique, Biologie Intégrative et Systèmes Complexes (Evry, Essonne) - Informatique- BioInformatique- Systèmes Complexes / IBISC
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université d'Évry-Val-d'Essonne (1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Informatique et sciences du numérique (2020-….)
• Jury : Président / Présidente : Dominique Bechmann
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alexis Paljic, Indira Thouvenin, Caroline Cao, Guillaume Moreau, Nicolas Férey
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Alexis Paljic, Indira Thouvenin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation, Méthodes de

Activité motrice

Simulation par ordinateur

Chirurgie

Conception centrée sur l'utilisateur

Réalité virtuelle

Systèmes homme-machine

Mots clés libres

Interaction Homme Machine

Réalité Virtuelle

Conception Centrée-Utilisateurs

Simulation Chirurgicale

Fidélité des Simulateurs

Formation des Compétences Motrices

Human Computer Interaction

Virtual Reality

User Centered-Design

Surgical Simulation

Simulator Fidelity

Motor Skills Training

Résumé

La réforme des études médicales en France réserve une place importante à la simulation dans la formation des professionnels de santé. Dans ce contexte, les simulateurs en réalité virtuelle peuvent jouer un rôle important. Cependant, la fidélité de ces systèmes reste une question ouverte avec un manque de lignes directrices pour déterminer les niveaux appropriés de leur fidélité pour une formation efficace. Dans cette thèse, nous nous intéressons à la fidélité des simulateurs immersifs pour l'apprentissage des compétences techniques en chirurgie. Plus particulièrement, nous cherchons à comprendre comment la fidélité des interactions et artefacts pourrait affecter l'efficacité de certaines tâches effectuées dans le simulateur. Sur le plan théorique, nous proposons une articulation des notions de fidélité des simulateurs à travers un modèle basé sur les différents composants de la fidélité identifiés dans notre revue de littérature, et des différentes interfaces et interactions utilisées dans les simulateurs virtuels pour la formation des compétences techniques. Deux études expérimentales ont été réalisées pour explorer les facteurs de la fidélité du simulateur associés à une tâche de navigation et à une tâche de manipulation d'un outil et leurs impacts sur l'apprentissage de deux gestes techniques en réalité virtuelle. Les résultats montrent que des techniques d'interaction et artefacts du simulateur avec une fidélité modérée peuvent supporter la réalisation de tâches secondaires pour une formation efficace. Les concepteurs des simulateurs virtuels peuvent s'appuyer sur les recommandations issues de nos travaux afin d'éviter d'inclure certains dispositifs et composants de la fidélité qui peuvent être encombrants et coûteux sans avoir un réel impact sur l'efficacité de ces simulateurs.

The reform of medical studies in France attributes an important role to simulation in healthcare professionals' training. In this context, virtual reality simulators can be very useful. However, the fidelity of these systems remains an open question with a lack of guidelines for determining their appropriate levels of fidelity to support effective training. In this thesis, we are interested in the fidelity of immersive simulators for the training of technical skills in surgery. More particularly, we investigate how the fidelity of interactions and artifacts to perform certain tasks in the simulator could affect the efficiency of these systems. From a theoretical perspective, we propose an articulation of the concepts of simulator fidelity through a model based on the various fidelity components identified in our literature review, and the various interfaces and interactions used in virtual simulators for the training of technical skills. Two experimental studies were conducted to explore the factors of simulator fidelity associated with a navigation task and a tool handling task and their impacts on the learning of two technical skills in virtual reality. The results show that the simulator's interaction techniques and artifacts with a moderate fidelity can support the completion of secondary tasks for effective training. The designers of virtual simulators can rely on the recommendations resulting from our work in order to avoid including certain devices and fidelity components, which can be cumbersome and expensive without a real impact on the efficiency of these simulators.