Simulation assistée sur ordinateur: une nouvelle méthode pour apprendre ľendoscopie?

S i m u l a t i o n a s s i s t 6 e sur o r d i n a t e u r :

u n e n o u v e l l e m(~thode pour a p p r e n d r e I ' E n d o s c o p i e ?

M. BEER-GABEL *, S. DELMOTTE **, L. MUNTLAK *** * Groupe mOdical Saint-R(mi, Reims

** Service d'Endoscopie digestive, CHU Lille *** Act Multi-MOdia, Paris

Computer simulation, a new method to learn Endoscopy ?

Simulaci6n asistida por computador; un nuevo metodo para aprender la Endosc6pia

RI~SUMt~

L'6volution rapide de l'endoscopie n6cessite une adaptation des m6thodes d'enseignement. Les d6veloppements actuels de l'informatique et de l'imagerie permettent de r6aliser des simulateurs qui placent l 'apprenant, avant l'6tape clinique, dans un environnement plus proche de la r6alit6. Le simulateur S/A/G/E a 6t6 rEalis6 pour l'apprentissage de la Gastroscopie. C'est un syst6me vid6o interactif qui permet h l'6tudiant de piloter une r6plique d'endoscope, sous le contr61e du logiciel de pilotage. Les patients 6vitent les balbutiements des 6tudiants. Les enseignants peuvent se concentrer sur la correction des erreurs des apprenants. Toutefois, l'apprentissage de l'endoscopie d6passe le seul pilotage d'un endoscope et des outils permettant d'apprendre la reconnaissance de pathologie, l'aide /t la d6cision sont en cours de d6veloppement. Dans l'avenir il est probable que des stations d'apprentissage multifonctions, hypermedia voient le jour.

SUMMARY

Rapid changes in Endoscopy necessitate new adapted method of teaching. Recent developments in computers and imaging made simulators possible. They put the trainee in an environment as close to reality as possible before the clinical stage. The simulator C.A.T.E. was created for the teaching of Gastroscopy. This video device is interactive and allows the student to pilot a replica of an endoscope, under the control of a piloting software. The patients are spared the fumbling of novice students. Teachers can concentrate on errors' correction. However, learning endoscopy doesn't only mean piloting an endoscope and work is presently being done so that simulators will also teach pathology recognition and decision taking. In the future these simulators will probably become multifunction hypermedia learning stations.

I N T R O D U C T I O N

Les conditions de l'apprentissage de l'endoscopie ont chang6. D'une part l'augmentation du nombre des 6tudiants alors que celui des enseignants est relativement stable a alt6r6 la qualit6 de la rela- tion personnelle entre mahre et 61~ve. D'autre part la complexit6 croissante de l'endoscopie, avec notamment le d6veloppement de l'endoscopie op6- ratoire a rendu la p6riode de formation plus com- pliqu6e [1].

Pour s'adapter /L ces conditions nouvelles les soci6t6s nationales d'endoscopie ont 6tabli des cri- t6res de formation fond6s, pour l'essentiel, sur un nombre minimal d'endoscopies ~ effectuer pendant la p6riode d'apprentissage [2, 3]. Le crit~re du nombre soul~ve certaines difficult6s. Les centres

formateurs devront fournir un nombre 61ev6 de patients ?~ leurs 6tudiants, ce qui ne sera pas toujours possible. Par ailleurs les 6tudiants n'ap- prennent pas tous au m6me rythme. C'est pourquoi il convient d'envisager de nouvelles voies de formation. La vid6o-endoscopie 61ectronique permet ~ l'6tudiant de voir l'image endoscopique d~s le d6but de sa formation [4].

Depuis longtemps, diverses tentatives d'utiliser des syst~mes aussi vari6s que des moules d'organes en pl~tre ou en plastique [5], des organes d'ani- maux ont 6t6 effectu6es sans montrer des r6sultats probants car elles se sont av6r6es trop 61oign6es de la r6alit6 [6, 7].

La simulation d'examens endoscopiques assist6e sur ordinateur peut repr6senter une solution pour adapter les programmes de formation aux r

Tir6s h part : D r M. BEER-GABEL, Groupe M6dical Saint- R6mi, 22, rue Simon, 51100 Reims (France)

Acta Endoscopica Volume 21 - N ~ 4 - 1991 553

tions actuelles car elle offre la possibilit6 d'apprendre dans des conditions proches de la r6alit6, de mani6re interactive, en 6pargnant le patient [8].

Les r6cents progr~s en informatique ont amen6 des d6veloppements essentiels dans le domaine de la rapidit6 du calcul et dans celui de la gestion de l'image vid6o. Ils ont permis des applications comme celles-ci.

l'avantage est de mettre l'6tudiant dans une situation proche des conditions d'exercice habituel afin que celui-ci puisse s'entrainer, mod61iser l'anatomie dans l'espace du tractus digestif sup6rieur et acqu6rir quelques r6flexes de base en trouvant ses erreurs explicit6es sans qu'intervienne la g6ne ou la souffrance d'un patient.

DESCRIPTION DU SYSTEME

SITUATION A C T U E L L E DE LA F O R M A T I O N A L 'ENDOSCOPIE

Pendant la p6riode d'apprentissage, l'apprenant doit int6grer de fa~on purement th6orique les mouvements de pilotage de l'endoscope ~ l'int6- rieur du patient par la seule observation de la pratique de l'expert. Ult6rieurement, il devra passer sans transition aux commandes d'un endoscope durant un examen r6el chez un patient. I1 n'y a donc pas de stade interm6diaire entre l'apprentissage , th6orique >> et la r6alisation pratique du geste.

Pour le patient, quant h lui, il doit , pr6ter son corps , , subir les h6sitations de l'6tudiant pour un examen qui n'est pas agr6able et risquer quelques manoeuvres hasardeuses de d6butant. On estime actuellement h une cinquantaine d'examens, en moyenne, le nombre clef avant de pouvoir acqu6- fir les mouvements de base du pilotage de l'endoscope [7, 9, 10].

Quant h l'enseignant, cette 6tape inaugurale de formation h l'endoscopie le confronte aux d6buts desquels il s'est bien souvent 61oign6 et dont il a pu oublier la difficult6. Cette formation consomme beaucoup de temps de pr6sence, une assistance soutenue sans grande rentabilit6 du temps pour lui. L'enseignant doit 6tre pr6sent pour guider les premiers mouvements de l'endoscopiste d6butant chez un patient et pour pouvoir assumer la res- ponsabilit6 de l'acte. Or, actuellement, la population m6dicale pl6thorique accentue encore l'ina- daptation de ce syst~me en marquant ses d6fauts. Ce trait est encore exag6r6, car l'endoscopie devient de plus en plus technique associant des proc6dures diagnostiques et th6rapeutiques nouvelles.

La formation est plus longue et plus vari6e. Elle n6cessite donc d'&re control& davantage deman- dant ~ l'enseignant d'6tre plus pr6sent au titre d'une autorit6 m6dicale servant de r6f6rence pour les d6cisions de conduite h tenir en cours d'examen et les probl6mes de reconnaissance du diagnostic [11]. Ce r61e propre ~ l'enseignant est le plus important et n6cessite une disponibilit6 de celui-ci vis ~ vis de l'apprenant. Le nombre d'enseignants croit moins vite que celui des 6tu- diants.

Dans ce contexte, nous avons imagin6, concep- tualis6 et r6alis6 un syst6me pour I'apprentissage de la gastroscopie. I1 s'agit d'un simulateur dont

Lorsqu'il manipule avec SAGE (Simulateur pour l'Apprentissage de la Gastroscopie), l'6tudiant tient en main la r6plique exacte d'un endoscope, contr61e ses d6placements grfice ~ un moniteur TV comme lors d'un examen vid6o-endoscopique normal, mais le patient est remplac6 par un mannequin.

Des capteurs optiques et 61ectroniques r6partis l'int6rieur du mannequin et de la t~te de l'endoscope rel6vent en permanence les divers parambtres d6terminant la position du fibroscope ~ l'int6rieur du corps.

Un logiciel de contr61e (fonctionnant sur un micro-ordinateur du type IBM/AT) acquiert ces renseignements via une liaison s6rie. Celui-ci, par la confrontation des positions relev6es avec des examens r6els m6moris6s et en tenant compte des tol6rances admises, faire d6filer les images corres- pondant aux mouvements effectu6s par l'interm6- diaire d'un vid6o-disque analogique type Laservi- sion.

TABLEAU I

D E S C R I P T I O N D U S I M U L A T E U R P O U R L ' A P P R E N T I S S A G E DE LA G A S T R O S C O P I E

�9 Computer Assisted Training inEndoscopy

Dummy

Computer Link

Endoscope replica

Color monitor with touch screen

Le dialogue avec l'6tudiant se fait par l'interm6- diaire d'un &ran tactile, le plus souvent par le biais de messages graphiques (ic6nes) pouvant 6tre superpos6s h l'image vid6o de l'examen gas- troscopique.

D E R O U L E M E N T D'UN E X A M E N

Pendant la manipulation, l'6cran montre l'image vid6o telle que provenant d'un vid6o-endoscope et diverses informations r6sumant les options choi- sies.

554 V o l u m e 21 - N ~ 4 - 1991 A c t a E n d o s c o p i c a

De plus, une correspondance graphique sch6ma- tise en deux dimensions les 6tapes de la progression de l'endoscope.

Les mouvements effectu6s par 1'6tudiant provo- quent le d6roulement du film de l'examen tant que ceux-ci restent dans les limites admises. Sinon, un message ou une ic6ne signale imm6diatement le mouvement erron6. L'apparition de l'ic6ne s'ac- compagne d'un diminution du score en fonction de la gravit6 de l'erreur commise.

A tout moment, une pression sur l'6cran tactile sur une zone affichant une ic6ne provoque i'apparition d'un message explicatif.

I1 peut de m6me faire appel en cas d'erreur persistante ~ un m6canisme de repositionnement qui le guide alors vers la prochaine position valide en lui indiquant les mouvements ~ effectuer. Ce recours est bien stir sanctionn6 par une baisse du score.

L'6tudiant peut ~ chaque instant arr6ter l'examen en cours, sa prestation sera alors enregistr6e comme un abandon.

RE, S UL TATS

Les r6sultats de tous les exercices r6alis6s sont stock6s par la machine et sont consultables aussi bien ~ l'6cran que sur papier. L'enseignant grfice un acc6s privil6gi6 peut examiner l'ensemble de ces informations alors que l'6tudiant est limit6 ~ la consultation de ses propres prestations.

ATOUTS DU SYSTIEME

Ce simulateur, par son approche interactive, modifie totalement le processus actuel d'apprentissage. L'6tudiant se trouve en situation r6elle d'intervention et non plus en spectateur passif. Au fur et ~ mesure de son apprentissage (passage du s t ade ~ d 6 b u t a n t ~ ~ ~ c o n f i r m 6 ~ puls ~ expert ~), le processus d'apprentissage devient de plus en plus ,, pointu ~ ; les tol6rances se res- serrent afin de n'autoriser qu'un examen parfait.

Par la possibilit6 de ne r6aliser qu'une partie d'examen (passage du pylore, retroflexion en ~ U ~...) l'6tudiant peut facilement approfondir son apprentissage.

L'enregistrement statistique des examens r6alis6s permet ~ l'enseignant de moduler son enseignement g6n6ral et r6pondre exactement aux besoins propres de chaque 6tudiant.

L'utilisation d'un vid6o-disque comportant une s6rie d'examens inconnus des 6tudiants permet ~t l'enseignant, en supprimant la fonction GUIDE, de faire subir un examen probatoire avant d'autoriser un examen sur un patient.

Comme on le voit, ce syst6me interactif sert

l'apprentissage et peut 6galement permettre de faire passer un examen prop6deutique pour valider la formation de base ~ l'endoscopie.

INTtERET DE LA SIMULATION

Si l'on veut r6sumer l'int6r6t du concept de l'utilisation de la simulation pour la formation l'endoscopie et du syst6me pr6cis que l'on pr6- sente, on pourra dire :

I1 s'agit d'un syst6me destin6 aux d6butants, permettant d'acqu6rir une formation pratique hors du patient. La formation est acc616r6e, rendue plus r6aliste. Un examen prop6deutique pass6 sur cet appareillage permet de sanctionner cette 6tape de formation. L'6tudiant peut l'utiliser ~ son propre rythme. [12]

D'autres simulateurs peuvent 6tre utilis6s pour d'autres types d'endoscopie tel que la coloscopie ou le cath6t6risme r6trograde des voles biliaires par exemple [13, 14, 15].

On peut ainsi dans d'autres domaines d'appli- cation d6finir des applications pour le m6decin g6n6raliste (rectoscopie) ou pour le chirurgien (chirurgie per laparoscopique). I1 est possible de standardiser la premi6re 6tape de la formation l'endoscopie. Ce syst6me permet d'6pargner les endoscopes r6els qui peuvent 6tre abim6s lors de la phase d'apprentissage. L'6tudiant peut acqu6rir une coordination nouvelle des mouvements de pilotage en r6agissant par rapport h l'image interne du tractus digestif telle qu'il la verra au cours d'endoscopies r6elles. Ce syst6me permet d'aborder diff6rents niveaux de complexit6 de l'endoscopie.

La simulation se situe entre la th6orie et la r6alit6 qu'elle ne reproduit pas mais qu'elle permet d'aborder progressivement.

II existe deux types de simulateur. Le premier est fond6 sur une technologie interactive, dans ce cas la simulation utilise des examens endoscopiques r6els, stock6s sur un vid6odisque Laservision. C'est la technologie utilis6e par notre groupe [12], reprise par l'equipe de M. Noar [15].

L'autre type de simulateur utilise un processeur math6matique. J. Baillie et C. Williams [16] utili- sent un syst6me graphique en 3 dimensions pour representer l'examen endoscopique. La vid6ointe- ractive offre l'avantage de montrer des examens r6els. Les simulateurs graphiques sont moins chers a pr6sent. La place relative de ces deux technologies n'est pas encore pr6cis6e [16]. Les simulateurs graphiques peuvent 6tre utilis6s pour l'apprentissage du pilotage d'endoscopes alors que les simulateurs vid6ointeractifs peuvent en plus permettre l'apprentissage de l'anatomie interne et du diagnostic endoscopique.

Avec ces syst6mes on ne sait pas comment un 6tudiant se comporte r6ellement mais comment il

A c t a E n d o s c o p i c a V o l u m e 21 - N ~ 4 - 1991 555

risque de se comporter en face de difficult6s simu- 16es. Ce syst6me qui est interactif cr6e une boucle entre 1'6tudiant, le simulateur dans lequel se trouve concentr6 le savoir de l'enseignant et qui r6troagit sur l'6tudiant. Cette boucle permet pour l'6tudiant l'expression d'une attitude active et volontaire, cr6ative.

L'enseignant peut, quant ~ lui, arriver ~ connai- tre le type des erreurs commises par la population des apprenants et les corriger par des interventions sp6cifiques d'une part, et d'autre part am61iorer le logiciel d'apprentissage en fonction des exp6riences acquises.

Plus on utilisera le simulateur, plus il sera per- formant. C'est donc un syst~me ouvert et perfecti- ble h l'utilisation.

On imagine facilement qu'avec cet outil d'enseignement on puisse 6galement pr6senter une ency- clop6die interactive qui pourrait situer une pathologie dans le contexte d'un examen et permettrait

l'6tudiant en cours d'endoscopie d'obtenir toutes les informations pratiques et th6oriques concernant la maladie.

DI~VELOPPEMENTS UL TI~RIEURS

L'interactivit6 du syst~me peut 6tre renforc6e en associant aux messages iconiques des messages vocaux concernant les erreurs de pilotage ou fai- sant 6tat de dol6ance du patient (6ructation si l'estomac est trop insuffi6, impatience si l'examen dure trop Iongtemps etc.)

L'AVENIR

Ce type de simulateur n'autorise que l'apprentissage du pilotage. Or pour que la formation soit complete, il convient d'enseigner la reconnaissance de pathologies et d'aider ~ l'acquisition d'un sens d6cisionnel adapt6 aux probl~mes rencontr6s. C'est pourquoi, en conservant le principe d'interactivit6, nous d6veloppons des outils adapt& h ces buts [17].

TABLEAU II STATION D'APPRENTISSAGE DE L'ENDOSCOPIE

ELECTRONIC VIDEO ENDOSCOPY

CLINICAL

E N C Y C L O P A E ~

SIMULATOR

ENDOSCOPY RADIOLOGY BIOLOGY

HISTOLOGY

TRANSMISSION

ENDOSCOPY _ ~ REPORT

REPORTING

(telephone, computer, satellite ,..)

Cette conception d6bouche sur la r6alisation d'une station d'apprentissage de l'endoscopie centr6e autour d'une volumineuse base de donn6es multi- m6dia (images, textes, son...) organis6e par divers Iogiciels et interfaces en une encyclop6die multi- m6dia et un module de r6solution de cas cliniques.

Sur le plan technique nous avons choisi d'utiliser un syst~me enti6rement num6rique: le D.V.I. (Digital Vid6o Interface) d'INTEL qui permet de compresser, stocker et de reproduire de la vid6o num6rique anim6e, du son, des illustrations, des images fixes et du texte sur un micro-ordinateur de type AT.

ENCYCLOPE, DIE INTERACTIVE M UL TIMEDIA

L'encyclop6die interactive est organis6e autour de vues endoscopiques, radiologiques accompa- gn6es d'une 16gende et d'un commentaire sonore [17]. L'6tudiant peut choisir une langue parmi plusieurs. Ensuite ii appelle chaque th6me trait6 par un syst~me de mot-cl6.

PA THOLOGIE EN S1TUA TION

Des s6quences pathologiques sont conserv6es en m6moire dans une vid6oth6que de 16sions (ex: ulc6re du bulbe, cancer gastrique, etc... [17]). L'enseignant peut , coller ,~ ces s6quences sur les parties saines d'organes correspondants. L'6tudiant doit en faire le diagnostic en mfme temps qu'ii apprend h piloter l'endoscope dans le simulateur. Dans cette fonction sont associ6s l'apprentissage de la manipulation et du diagnostic.

RESOLUTION DE CAS CLINIQUES

De la m~me base documentaire sont tir6s les 616ments n6cessaires ~ ia constitution de cas cliniques. I1 s'agit de probl6mes h r6soudre off l'on insiste sur la d6marche diagnostique et sur la conduite ~ tenir.

CONCL USION

La simulation permet de donner ~ I'apprentissage une forme qui se situe entre la r6alit6 et la th6orie. C'est en m6me temps sa force et sa li- mite.

Cette forme d'apprentissage, qui l'interactivit6, est bien accept6 par Elle valorise les enseignants en temps consacr6 ~ ia formation et des difficult6s des 6tudiants [18]. des jeunes endoscopistes sont

est fond6e sur les apprenants.

optimisant le la r6solution

Les h6sitations 6pargn6es aux

patients. Mais I'apport exact des simulateurs actuels doit 6tre 6valu6 par des 6tudes sp6cifiques.


Leur place dans le cursus de formation en d6cou- lera.

Toutefois, comme l'apprentissage de l'endoscopie drpasse la seule acquisition d'une dext6- rit6 dans le pilotage d'endoscopes, les simulateurs

du futur devront intrgrer des fonctions d'apprentissage du diagnostic et d'aide a la drcision. C'est pourquoi il nous semble que l'avenir appartient de vrritables stations de formation h I'endoscopie dont les principaux 616ments seront drterminrs en fonction de crit~res 61aborrs par les enseignants.

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INTRODUCTION

The training conditions in endoscopy are chan- ging because of some reasons. The increasing number of trainees while the number of teachers is relatively stable, spoils the one to one relationship which has always been important during the apprenticeship. The growing complexity of endoscopy especially when surgical procedures are concerned makes the learning program more difficult [ 1 ].

To overcome these difficulties the national societies of endoscopy define guidelines which are based on the number of procedures accomplished during the fellowship programs [2, 3]. This criteria raise some difficulties. The endoscopic training cen- ters have to provide their students with a large group of patients, which may be difficult to

organize in a decent period of time. The trainees are not all learning at the same pace. Therefore there is a place for some assistance. Electronic videoendoscopy is a progress since the sudent can see endoscopic images from the very begining of his training program. [4]

Since always authors tried to use various devices to enhance the process of learning. Trials were made with clay or plastic molds [5], devices to develop the skill of piloting, even animal organs. These methods have some interest but fail to prove their efficiency and are not enough friendly user and close to reality.

But computer simulation seems to be a possible solution because it gives the students the possibility to learn in conditions close to reality but out of the patient, in an interactive way [8].

Acta Endoscopica Volume 21 - N o 4 - 1991 557

Progress in computer science allow the use of computer for the simulation of endoscopy. We have now quick computer, smart processors and the abil- ity to store and retrieve video motion.

ENDOSCOPIC TRAINING AT PRESENT

During the training period the student should integrate theoretically the movements of manipulating the endoscope inside the patient. Later on he is asked to manipulate the endoscope with a real patient. This will occur without any transition as there is no intermediary stage between the 'theoretical' training and the actual practice of it.

As far as the patient is concerned he should ~ lend his body ~, accept the student's fumbling during an examination which is in itself unpleasant, and even take the risk of some perilous gcJtures of a beginner. In fact, the number of 50 examinations is estimated to be the minimum before acquiring the basic movements of piloting an endoscope [7, 9, lO]

As for the teacher, this initial stage of the endoscopic training sends him back to his own begin- ning. He may have forgotten some of the difficulties one faces in this initial period. Furthermore, this kind of training is very time consuming. The teacher's presence is constantly required in order to assure the guidance of the student's hesitating movements as well as in order to assume the responsibility of the act. Whereas the growing number of medical students only comes to show how inadequate this system is.

Moreover, endoscopy is in itself becoming a more sophisticated and performing technique associating new diagnostic and therapeutic procedures. Training becomes hence, a longer and more diversified affair. The teacher's presence is even more needed. His medical authority is required to serve as a reference regarding the behavior one has to adopt during the examination, and also for problems of diagnosis recognition [11].

This role of the teacher is an extremely important one demanding him to constantly be available for the student. Yet the number of teachers does not increase as fast as that of the students.

It is in this context, that the need for a new gastroscopic training system made itself felt. We imagined, conceptualized and created a simulator whose big advantage is that it puts the student in a close to reality situation. He can then train, get acquainted with the three-dimensional anatomy and acquire the basic reflexes of manipulating an endoscope. He can see and understand his mistakes without having to bear the consequences of the suffering of a patient.

DESCRIPTION OF THE SYSTEM

With C.A. T.E. in Gastroscopy, the trainee benefits from an exact replica of an endoscope,

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surveys movements of the endoscope from a CRT monitor just like a normal video examination. But here the patient is replaced by a dummy.

Optical and electronic sensors distributed in the dummy and inside the head of the endoscope deter- mine at all times the position of the endoscope inside the virtual body.

Dedicated software - running on an IBM~AT type micro computer - collects the data through a serial communication link. The computer compares the endoscope movements with prerecorded data of real examinations. It uses the result to control appropriately the visual display from a video disk image bank, with respect to limitations on movements implied by the anatomical environment.

TABLE I

PRESENTATION OF THE SIMULATOR

Computer Assisted Training inEndoscopy

Computer Link

Color monitor Dummy with touch screen

The dialogue with the student is established through the intermediary of a tactile screen, mostly through graphic messages (icons) that could be superimposed on the video images of the gastroscopic examination.

A SESSION

Throughout the manipulation the screen shows images as they would be returned by a video endoscope as well as some information summarizing the chosen options. Furthermore, a two-dimensional graphic display outlines the progression of the endoscope.

The film of the examination follows the movements performed by the student as long as these fall within the tolerances of the given situation. A message or an icon signals immediately all errone- ous movements and the score is lowered by an amount proportional to the importance of the mis- take.

In the case of recurring errors, the student can resort to an option that will move the endoscope to the closest valid position while indicating the com- mands that should have been issued to perform this move. Their recourse has a diminishing effect on the score.

The student can stop the examination at any time, which will be scored as an abandon.

Acta Endoscop ica

RESULTS

The results of all exercises are scored by the computer and are accessible from the screen as well as in printout form. The teacher has access to all results while the trainee is limited to his own.

THE SYSTEM'S ADVANTAGES

This simulator, by being interactive and friendly user, changes completely the present procedure of learning endoscopy. The learner is no longer a passive spectator, but faces a concrete situation. As time goes by, with his aptitude growing, the student goes on from ~ beginner ~ to ~, experienced ~ to an ~ expert ~. The tolerances of the situation gradually diminish. At the end of the training period the examination has to be perfect.

The fact that the student can carry out certain specific parts of the examination (for instance U retroflexion, passing the pylorus) enables him to benefit from thorough learning process. He can use this device at his own pace and progress according to his personal rythm.

The statistic recording of the examination helps the teacher better understand the types of errors his students commit and thus adapt his teaching to their real needs.

The simulator may be used to assess the aptitudes of future endoscopists serving as an accreditation function. By deleting the function ~, Guide ,~ the student can pass an examination before going on to the patient.

This interactive device becomes then very useful to the teacher, to the trainee himself and to the patient by sparing him unnecessary suffering caused by hesitating young doctors.

THE IMPORTANCE OF THE SYSTEM

Computer simulation may be of major interest in acquiring procedural skills. Up to now the acquisition of dexterity in the piloting of an endoscope has been a long process. With this device, intended for beginners, the training program is reduced in time. The student can benefit from a realistic practical training that leaves out the patient [12].

Simulators are also used for other types of endoscopy such as coloscopy or ERCP [13, 14, 15]. It also offers a possibility for training other medical populations such as general practitioners for Sigmoidoscopy or surgeons for Cholecystectomy through laparoscopes.

This new system also has the advantage of sparing costly endoscopes from the brutal movements of beginners. The learner may integrate quite easily spatial environments, and recognize anatomical landmarks. He then may acquire a hand to eye

coordination by being accustomed to the inner three-dimensional anatomy. A system such as this, may introduce the student to various levels of complexity.

Simulation is situated between theory and reality. Reality is not precisely reproduced but rather pre- sented progressively. It stresses at each and every step, the determining representation of reality.

There are two unique types of computer Simulators. The first one is based on an Interactive Video Technology. In this case real examinations coming from videoendoscopes are stored on Laser disks. We are using this technique [11] as well as M. Noar [15] who has developed this simulator one year later. The other one are Computer Graphic Simulators. J. Baillie and C. Williams [16] use a 3- D, mathematical modeling to generate an animated image representing the user current view.

The interactive video simulators have the advantages to display real images and in that aspect to be closer to reality. The computer graphic simulators are cheaper. These two technologies might be com- plementary more than competitive. The computer graphic simulator may be well adapted to learn to handle and to pilot an endoscope while the videoin- teractive devices may be used to also learn the inner anatomy and to recognize some pathology. This question is still open for evaluation [16].

Technical progress as well as faculty guidelines may change the design of the next generation of simulators.

The use of the simulator does not tell us how a student will behave when confronted with a real case, but rather how he'll behave when he encoun- ters simulated difficulties.

This system draws a recursive figure between the student and the teacher's know how which is concentrated in the simulator. It acts in a feedback way. This positive feedback allows the student to train in a creative pleasant way.

As far as the teacher is concerned he can categorize the trainee's errors and correct them either through intervening or by modifying the software at a latter time according to his acquired experience.

The more often the simulator will be used the more efficient it will become.

It can easily be conceived that such a teaching tool could be used as an interactive encyclopedia. It could then supply the student with the appropriate information concerning pathology.

NEXT DEVELOPMENTS

The interactive aspect of the system could be further exploited by adding vocal messages to the iconic ones. These vocal messages could relate either to piloting errors or to a patient's suffering

Acta Endoscopica Volume 21 - N ~ 4 - 1991 559

(for instance complaints about the length of the examination or eructation due to an overinflated stomach).

THE FUTURE

This type of simulator helps the student train for piloting an endoscope. However, in order to acquire a good endoscopic training the student should also be taught pathologies' recognition. He should also be helped into acquiring a sense of decision taking adapted to the encountered situa- tions.

Keeping these goals in mind and staying in line with the interactive principle, we have developed new instruments that should help us obtain them. This new concept is the idea of creating an endoscopic training station which will be centred around an enormous basis of multimedia data (such as images, texts, sounds...). This station should be organized by various software and interfaces into a multimedia encyclopedia and a modulus of clinical cases' solutions.

We've chosen a system which is entirely digital the D.V.L (Digital Video Interface) of INTEL. This system allows compression, storage and repro- duction in real time of the moving digital video, the sound, the illustrations, the still images and the text on an A T type micro computer.

TABLE II SCHEME OF THE LEARNING STATION

FOR ENDOSCOPY

ELECTRONIC VIDEO ENDOSCOPY

CLINICAL

ENCYCLOPAE~

SIMULATOR

ENDOSCOPY

RADIOLOGY

B~OLOGY

HISTOLOGY

TRANSMISSION

ENDOSCOPY ~ REPORT REPORTING

(telephone, computer, satellite ...)

Only a digital system can allow the use of such instruments and their full integration into the simulator.

MULTIMEDIA INTERACTIVE ENCYCLOPEDIA

The multimedia interactive encyclopedia is based on endoscopic or radiologic images which are com- mented upon vocally [17]. The student can choose among various languages the one he prefers. He then calls upon each topic treated through a system of keywords.

PATHOLOGY IN SITUATION

Pathological sequences are kept in memory in a lesion's video library (for instance bulb ulcer, gastric cancer...)[17]. The teacher can put together these sequences with others originating from healthy parts of the corresponding organs. The student faces a pathological tract and should make a diagnosis, at the same time as he pilots the endoscope in the simulator. This function combines the two aspects of endoscopic learning: manipulating an endoscope on the one hand and making a diagnosis on the other.

SOLVING CLINICAL CASES

Certain elements necessary for the constitution of clinical cases are drawn from the same basic docu- ment. The accent is put on problem solving where diagnosis and ensuing behavior are the main issues.

CONCLUSION

Simulation has the advantage of lying between theory and reality. It is its strength and limitation.

But as it is based on interactivity it is well accepted by trainees and may give a proper value to the supervisor's time by allowing him to concentrate on the real difficulty of the trainee [18]. Finally the patient may be spared the fumbling of young doctors.

Simulator's real value have to be evaluated in proper studies. As the learning of endoscopy is more than the simple acquisition of dexterity we feel that the next generation of simulators will have to teach pathology recognition and decision making process. Therefore the concept will move from a simulator to a multi tasks learning station.


Documents

Simulation assistée sur ordinateur: une nouvelle méthode pour apprendre ľendoscopie?