Informing the Design, Evaluation and Use of Surgical Telementoring Systems Through Understanding Mentoring Practices

Informer la conception, l'évaluation et l'usage des systèmes de telementorat chirurgical par la compréhension des pratiques de mentorat

• Auteur / Autrice : Solène Lambert
• Direction : Marie-Aude Vitrani, Ignacio Avellino martinez
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Robotique
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 31/01/2025
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques, acoustique, électronique et robotique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Systèmes Intelligents et de Robotique
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : AGATHE Assitance aux Gestes et Applications THErapeutiques
• Jury : Président / Présidente : Myriam Lewkowicz
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie-Aude Vitrani, Helena Mentis, François Simon, Ignacio Avellino, Sandrine Voros, Geoffroy Canlorbe, Caroline Cao
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Helena Mentis, Caroline Cao

Mots clés

Mots clés libres

Chirurgie

Scaffolding

Reprise de main

Télémentorat

Téléstration

Instruments virtuels

Surgery

Scaffolding

Takeover

Telementoring

Telestration

Virtual Instruments

Résumé

Après leur formation initiale, les chirurgiens continuent d'apprendre par le biais du mentorat, où ils opèrent côte à côte avec un expert. Lorsque les experts se trouvent dans un autre hôpital, il est difficile de recevoir une formation en raison des coûts de déplacement, en particulier s'ils se trouvent dans des villes ou des pays différents. Le télémentorat offre un moyen de réduire la distance entre les personnes formées et les mentors à distance. Les systèmes de télémentorat actuels permettent aux mentors à distance d'accéder à la vue chirurgicale et à des outils de téléestration permettant de pointer et de dessiner sur la vue. Malgré leur potentiel, ces systèmes sont encore rarement adoptés et il n'est pas clair s'ils sont suffisants pour soutenir les pratiques de mentorat chirurgical à distance et quelles sont les limites qui entravent leur efficacité. Dans cette thèse, je cherche à éclairer la conception de systèmes de télémentorat pour permettre des pratiques de mentorat à distance. Pour ce faire, j'ai suivi une approche centrée sur l'utilisateur. J'ai d'abord étudié les pratiques de mentorat colocalisé dans le cadre d'une étude de terrain, ce qui m'a permis d'identifier le rôle clé des prises en charge. D'une part, les mentors reprennent la main pour répondre aux besoins des mentorés : combler les lacunes de leur expertise, être épargnés des risques et de la charge de travail, et être rassurés. D'autre part, il limite le besoin ultime de développer l'autonomie. J'ai également montré que les mentors reprennent la main pour répondre à leurs besoins de compréhension de la scène chirurgicale et du mentoré. Je me suis ensuite demandé si les outils de télémentorat actuels pouvaient répondre au besoin des mentorés de combler leurs lacunes en matière d'expertise et au besoin des mentors de comprendre les mentorés et l'opération. À l'aide d'entretiens et d'ateliers, j'ai donc étudié les informations que les mentors transmettent et recueillent par le biais des reprise de main prises pendant le mentorat colocalisé, et j'ai montré comment la téléstration et la parole sont limitées à cet égard. J'ai également mis en évidence comment différentes pistes technologiques pourraient contribuer à la transmission et à la collecte d'informations à distance. L'un de ces moyens est l'utilisation d'instruments virtuels : la possibilité pour les mentors de contrôler des instruments superposés à la vue chirurgicale. Bien que ce concept apparaisse dans la littérature, j'identifie trois limites principales à la façon dont il est actuellement étudié : à l'exception d'une étude, il n'est pas comparé à la téléstration, les tâches utilisées pour leur évaluation ne reproduisent pas les défis clés de l'instruction chirurgicale, et l'impact sur la réassurance n'est pas suffisamment étudié. J'ai donc mené une expérience pour remédier à ces trois limitations. J'ai constaté que les instruments virtuels introduisent un encombrement visuel qui peut gêner la compréhension et compromettre la sécurité. Néanmoins, ils permettent de transmettre l'orientation de l'instrument, mais moins la localisation et la trajectoire. Enfin, j'ai observé que la démonstration de gestes avec des instruments virtuels est bénéfique pour les mentorés novices, mais inutilement contraignante pour les mentorés expérimentés. Sur la base des contributions de cette thèse, je discute des implications pour la conception de systèmes de télémentorat chirurgical, je souligne les limites des tâches actuelles utilisées lors de l'évaluation de ces systèmes et je questionne l'utilisation du télémentorat pour l'enseignement de la chirurgie.

After their initial training, surgeons keep learning through mentoring, where they, as mentees, operate side by side with an expert. When experts are in a different hospital, it is challenging to receive training due to the cost of traveling, especially if they are located in different cities or countries. Telementoring offers a pathway to bridge the distance between mentees and remote mentors. Current telementoring systems provide remote mentors with access to the surgical view and telestration tools to point and draw on the view. Despite their potential, those systems are still rarely adopted and it is unclear if they are sufficient to support surgical mentoring practices at a distance and what limitations hinder their effectiveness. In this thesis, I aim at informing the design of telementoring systems to enable mentoring practices remotely. To do so, I followed a user-centered approach. I first investigated onsite mentoring practices in a field study, which led me to identify the key role of takeovers. On the one hand, mentors take over to answer mentees' needs: filling the gaps in their expertise, being spared from risks and workload, and being reassured. On the other hand, it limits the ultimate need to develop autonomy. I also showed that mentors take over to fulfill their needs to understand the surgical scene and the mentee. I then questioned if current telestration tools could meet the mentees' need to fill the gaps in their expertise and the mentors' need to understand the mentee and the surgery. Using interviews and workshops, I therefore studied which information mentors convey and gather through takeovers during onsite mentoring, and showed how telestration and speech are limited in doing so. I also highlighted how different technological avenues could help support conveying and gathering information remotely. One of these avenues is virtual instruments: the ability for mentors to control instruments overlaid on the surgical view. While this concept appears in the literature, I identify three main limitations to how it is currently investigated: except for one study, it is not compared to telestration, the tasks used for their evaluation do not replicate key challenges of surgical instruction, and the impact on reassurance is underinvestigated. I therefore conducted an experiment to address these three limitations. I found that virtual instruments introduce visual clutter, which can hinder understanding and compromise safety. Still, they support conveying instrument orientation, but less so location and trajectory. Lastly, I observed that demonstrating gestures with virtual instruments is beneficial for novice mentees, but unnecessarily constraining for experienced ones. Based on the contributions of this thesis, I discuss implications for the design of surgical telementoring systems, highlight the limitations of current tasks used during the evaluation of those systems and reflect on the use of telementoring for surgical education.