A Comprehensive Review of Serious Games in Health Professions

Education of healthcare professionals is of primary importance for patient safety. In some health related professions, education and training have to be practiced during the entire working period and not only limited to school years. The use of new technology such as virtual reality and e-learning brings new possibilities with significant improvement in learning outcomes. Serious gaming describes a technology that can educate and train while entertaining users. This type of training can be very useful for health professions because it improves learning outcomes creating a learner oriented approach and providing a stealth mode of teaching. In some fields it represents an ideal instrument for continuous health professions education also in terms of costs because it is cheaper than traditional training methods that use cadavers or mannequins. In this paper we make a scoping review of serious games developed for health professions and health related fields in order to understand if they are useful tools for health related fields training. Many papers confirmed that serious gaming is a useful technology that improves learning and skills development for health professionals

Development of laparoscopic cholecystectomy simulator based on unity game engine

Fast development of the minimally invasive surgery (MIS) technology demands extra surgical skills training to meet advanced technological challenges. However, massive capital expenditures and ethical issues with safety considerations exist in traditional surgical training methods (e.g. using cadavers or animals). Those limitations turn Virtual Reality (VR) surgery simulation into a plausible alternative to provide a safe and repeatable virtual training environment. In this paper, we design and develop a game engine based laparoscopic cholecystectomy training simulator for surgeons to understand the surgery procedure and practice their surgical skills as well as decision making skills. Our design leverages physical simulation and haptic force feedback to offer trainees a realistic visual and tactile experience, respectively. We explore the possibility of using game engine rather than developing from scratch to build the surgical simulator. Based on the results and user feedbacks from a pilot experiment, we conclude that game engine is a viable option for creating a cost-effective, flexible and highly interactive virtual surgery training platform for pedagogical purpose, which can shorten the development time with some compromise in functionality

Entwicklung, Implementierung und erste Validierung eines immersiven Patientensimulatorprototyps zur Ausbildung der klinischen Entscheidungsfindung in der chirurgischen Lehre

Einleitung: Immersive Patientensimulatoren (IPSs) ermöglichen die imaginäre Immer- sion in eine künstlich kreierte Welt, vergleichbar eines Computerspiels, in der der Nut- zer frei durch eine 3D-Umgebung navigieren kann. Das spielerische Lernen mit einem solchen IPS erlaubt es, medizinische Arbeitsabläufe zu verinnerlichen, ohne echte Pa- tienten zu gefährden. Idealerweise zeigt der Einsatz von IPSs eine hohe Akzeptanz un- ter den Studenten und kann den Wissenszuwachs zusätzlich positiv beeinflussen. Die Entwicklung eines IPS von hoher technischer Qualität ist äußerst ressourcenintensiv. Aus diesem Grund scheint es nicht verwunderlich, dass der Großteil der sogenannten High Fideltiy IPSs kommerziell betrieben werden. Gegenwärtig kommen IPSs im tägli- chen klinischen chirurgischen Curriculum nur selten zum Einsatz. Zielsetzung: - Erhebung einer Bedarfsanalyse von Art und Anzahl der vorhandenen E-Learn- ing Angebote inklusive bestehender IPSs an deutschen Universitätskliniken - Die Entwicklung eines unfallchirurgischen akademisch betriebenen IPS-Proto- typs mit Implementierung und Validierung als Pilotprojekt in eine unfallchirurgi- sche Lerneinheit mit der Methode nach Kern als Blended Learning Konzept - Basierend auf den existierenden digitalen unfallchirurgischen Lernfällen wird das Pilotprojekt zusätzlich in eine unfallchirurgische Distanzlerneinheit imple- mentiert Methode: Um den allgemeinen Bedarf eines universitär basierten und betriebenen IPS-Prototyps zu ermitteln, wurde im ersten Schritt eine systematische Internetrecher- che der in Deutschland verfügbaren webbasierten E-Learning Angebote durchgeführt. Anschließend folgte die didaktische Konzeption einer unfallchirurgischen Präsenz- Lehreinheit von ALICE nach dem sechsstufigen Modell nach Kern sowie als Distanz- lerneinheit auf dem heimischen Computer. Die Entwurfsplanung enthält die Definition folgender Parameter: Maß an curricularem Inhalt, Grad an technischer Qualität, Ver- fügbarkeit und Validierungsebene. Die Validierung wurde mit 65 freiwillig teilnehmen- den Studenten durchgeführt. Die Meinung der Studenten bezüglich Akzeptanz wurde mit Hilfe eines Likert-Skala Fragebogens evaluiert. Durch Prüfung der Vorhersagevali- 10 dität, der Konstruktvalidität sowie der Inhaltsvalidität soll der Einfluss auf den Wissens- zuwachs bestimmt werden. Ergebnisse: Gegenwärtig gibt es keinen akademisch betriebenen Simulator, der für jeden Studenten frei zugänglich ist und hohe Immersion mit profundem medizinischen Inhalt verbindet. ALICE genießt unter den Studenten eine hohe Akzeptanz. Studenten zeigen eine große Motivation bei der Benutzung von ALICE. Der Großteil gibt an, dass das Lernen mit einem Simulator sie begeistert. ALICE zeigt einen positiven Einfluss auf das deklarative Wissen. Die unfallchirurgische Simulator-Validität ist positiv für Vorher- sage, Konstrukt und Inhalt. Schlussfolgerung: Die große Zufriedenheit sowie der nachgewiesene Wissenszu- wachs durch ALICE zeigt, dass die Entwicklung und Implementierung eines universitär betriebenen immersiven Patientensimulators, der profundes medizinisches Wissen vermittelt, äußerst lohnenswert ist. ALICE ist gemeinnützig, einfach anzuwenden und genießt des Weiteren eine hohe Akzeptanz unter der Studentenschaft. ALICE ist ein alternatives Werkzeug für die studentische Lehre, das das tägliche klinische Curricu- lum bereichern könnte

The use of a digital mass casualty triage simulation game in undergraduate teaching of deployment and disaster medicine

Einleitung: Bei dem Management eines Massenanfalls von Verletzten (MANV) nimmt die Triage eine Schlüsselfunktion ein. Es bietet sich entsprechend an, Triage-Szenarien unter simulierten Übungsbedingungen zu trainieren. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, ein Triage-Simulationsspiel zu digitalisieren und die Zusammenarbeit und Triagequalität Medizinstudierender mit einer Brettspielversion zu vergleichen. Methodik: Mithilfe eines IT-Partners wurde eine digitale Computerspielversion eines Triage-Brettspiels erstellt. Freiwillige Medizinstudierende der Charité – Universitätsmedizin Berlin führten das Brettspiel (BS) oder das digitale Spiel (DS) in Gruppen à 3 Personen durch. Die Zusammenarbeit der Teilnehmenden wurde anhand eines neu entwickelten Kollaborations-Scores bestehend aus 13 Elementen auf einer 10 Punkte Likert-Skala und das Spielerlebnis anhand eines neu entwickelten Erlebnis Scores bestehend aus 7 Elementen bestimmt. Die Genauigkeit und Schnelligkeit der Triage wurden zwischen den Gruppen verglichen. Es wurde eine deskriptive Analyse durchgeführt, sowie bei nichtparametrischen Modellen eine Datenauswertung mittels Mann-Whitney-U-Test und bei parametrischen Modellen mittels ungepaartem t-Test. Ergebnisse: Insgesamt wurden n = 60 Studierende in die Studie eingeschlossen, pro Gruppe n = 30. Die Zusammenarbeit der Medizinstudierenden in der BS- und der DS-Gruppe unterschied sich nicht signifikant (Kollaborations-Score(BS) = 7,12; Kollaborations-Score(DS) = 6,82; p = 0,234). Das Spielerlebnis wurde in der BS-Gruppe signifikant besser bewertet als das der DS-Gruppe (Erlebnis-Score(BS) = 7,93; Erlebnis-Score(DS) = 6,88; p = 0,013). Die BS-Gruppe führte in 14% eine Übertriage durch, in 21% eine Untertriage und ordnete in 65% der Fälle die korrekte Triagekategorie zu. Die DS-Gruppe führte eine ungenauere Triage durch mit einer Rate von 20% Übertriage, 25% Untertriage und 54% korrekter Triagezuordnung. Bei dem BS dauerte die erste Sichtung einer Runde 1:40 min, bei dem DS 3:22 min. 93,3% der BS- und 83,3% der DS-Spielenden würden das Spiel weiterempfehlen. Pro Gruppe berichteten 86,6% der Teilnehmenden, dass das verwendete Triagespiel in das Studium integriert werden sollte. Schlussfolgerung: Es wurde gezeigt, dass sich die Zusammenarbeit von Medizinstudierenden bei der Verwendung des vorliegenden Triage-Brettspiels im Vergleich zu der Verwendung einer Computerspielversion nicht unterscheidet. Bei Einsatz des BS gaben die Medizinstudierenden ein besseres Spielerlebnis an und führten die Triage akkurater und schneller durch. Die Mehrheit beider Gruppen empfahl das Triagespiel weiter und riet zur Implementierung in das universitäre Curriculum. Die Ergebnisse unterstreichen die Bedeutsamkeit einer intuitiven und benutzerfreundlichen Handhabung digitaler Anwendungen. Introduction: Triage is a key function in the management of mass casualty incidents. Therefore, it makes sense to train triage scenarios under simulated exercise conditions to prepare decision-making medical personnel for such emergency situations. The aim of the present study was to digitalize a triage simulation game and to analyze the collaboration and triage assessments of medical students in comparison to a board game version. Methods: With the help of an IT partner, a digital computer game version of a triage board game was created in advance. Volunteer students from Charité Universitätsmedizin Berlin performed either the board game or the digital game in groups of 3. Participants' collaboration was determined using a newly developed collaboration score consisting of 13 items on a 10-point Likert scale, and the game experience was determined using a newly developed adventure score consisting of 7 items. Triage accuracy and speed were compared between groups. Descriptive analysis of study results was performed, as well as data analysis using Mann-Whitney U test for nonparametric models, and unpaired t-test for parametric models. Results: A total of n = 60 students participated in the study, n = 30 each in the board game and digital game group. There was no significant difference in the medical students' collaboration between the groups (collaboration score(board) = 7.12; collaboration score(digital) = 6.82; p = 0.234). Participants' play adventure was rated significantly better in the board game group than in the digital game group (adventure score(board) = 7.93; adventure score(digital) = 6.88; p = 0.013). The board game group over triaged in 14%, under-triaged in 21%, and assigned the correct triage category in 65% of cases. The digital game group performed a less accurate triage with a rate of 20% overtriage, 25% undertriage, and 54% correct triage assignment. On average, the board game group completed the first triage per round after 1:40 min and the digital game group after 3:22 min. 93.3% of the board game users and 83.3% of the digital game users would recommend the game to others. Per group, 86.6% of the participants reported that the triage game used should be integrated into their academic curriculum. Conclusion: It was shown that medical students' collaboration did not differ when using the presented triage board game compared to using a computer game version. When using the board game, medical students reported a better game adventure and performed triage more accurately and quickly. Most of both groups recommended the triage game and advised its implementation in the university curriculum. The results underline the importance of intuitive and user-friendly handling of digital applications

Vision-based context-aware assistance for minimally invasive surgery.

Context-aware surgical system is a system that can collect surgical data and analyze the operating environment to guide responses for surgeons at any given time, which improves the efficiency, augment the performance and lowers the risk of minimally invasive surgery (MIS). It allows various applications through the whole patient care pathway, such as medical resources scheduling and report generation. Automatic surgical activities understanding is an essential component for building context-aware surgical system. However, analyzing surgical activities is a challenging task, because the operating environment is considerably complicated. Previous methods either require the additional devices or have limited ability to capture discriminating features from surgical data. This thesis aims to solve the challenges of surgical activities analysis and provide context-aware assistance for MIS. In our study, we consider the surgical visual data as the only input. Because videos and images own high-dimensional and representative features, and it is much easier to access than other data format, for example, kinematic information or motion trajectory. Following the granularity of surgical activity in a top-down manner, we first propose an attention-based multi-task framework to assess the expertise level and evaluate six standards for surgeons with different skill level in three fundamental surgical robotic tasks, namely suturing, knot tying and needle passing. Second, we present a symmetric dilated convolution structure embedded with self-attention kernel to jointly detect and segment fine-grained surgical gestures for surgical videos. In addition, we use the transformer encoder-decoder architecture with reinforcement learning to generate surgical instructions based on images. Overall, this thesis develops a series of novel deep learning frame- works to extract high-level semantic information from surgical video and image content to assist MIS, pushing the boundaries towards integrated context-aware system through the patient care pathway