Schwerpunkte

Per Roboter mit Sprachsteuerung

Schlüsselloch-OPs weitgehend automatisieren

06. Mai 2020, 17:13 Uhr   |  Andreas Knoll

Schlüsselloch-OPs weitgehend automatisieren
© AKTORmed

Der Roboterarm Soloassist II im Einsatz: Mithilfe von Sprachsteuerung wird die OP-Kamera vom Chirurgen an die richtige Stelle geführt und liefert ihm ein gutes Standbild.

Mit seinem Roboterarm »Soloassist II« erleichtert AKTORmed Chirurgen in Kliniken die Arbeit mit Endoskopen. Bei minimalinvasiven Eingriffen lässt sich die OP-Kamera nun mit Spracherkennung führen. Die Software stellt aber hohe Ansprüche an die Hardware und erfordert einen Hochleistungs-Embedded-IPC.

Mehr als sieben Millionen Menschen wurden in Deutschland im Jahr 2017 operiert, registrierte das Statistische Bundesamt (im Oktober 2018). Viele Operationen finden seit den 1980er-Jahren minimalinvasiv statt, etwa ein Großteil der rund 200.000 Leistenbruchoperationen bei Männern in Deutschland. Minimalinvasive Eingriffe werden auch als „Schlüssellochchirurgie“ betitelt. Denn bei diesen Eingriffen werden über zwei winzige Schnitte die Instrumente und das Endoskop, eine Minikamera mit dem Durchmesser von 5 bis 10 mm, zum Operationsgebiet geführt. Das Bild wird auf einem externen Monitor wiedergegeben und zeigt dem Chirurgen sein Operationsgebiet an. In der Klinik bedeutet das, dass bei vielen Eingriffen neben dem Chirurgen auch ein zweiter Arzt für die Führung der Kamera bei Operationen anwesend sein muss. Lediglich bei sehr einfachen Operationen reicht es aus, dass ein Arzt die Kamera selbst justiert.

Immer noch wird bei einem Großteil der minimalinvasiven Eingriffe das Endoskop komplett per Hand geführt. In der Praxis hat das gravierende Nachteile, die sich durch die technische Entwicklung verstärken: Hochauflösende Kameras produzieren Bilder in 4K- oder 8K-Qualität, sogar 3D-Aufnahmen sind mittlerweile möglich. Für viele darauf beruhende Anwendungen fehlt dem Menschen jedoch die nötige ruhige Hand, das bis zu 600 g schwere Endoskop minutenlang auch in unbequemen Positionen ruhig zu halten. Kleine Zitterbewegungen werden bei der vergrößerten Wiedergabe auf hochauflösenden Bildschirmen so verstärkt, dass sie ein präzises Arbeiten eher erschweren denn erleichtern. Hinzu kommt, dass Bewegungen des gesamten Körpers, etwa um einem Kollegen Zugang zum OP-Tisch zu erleichtern, trotz aller Bemühungen ebenfalls die Hand, die das Endoskop hält, in Bewegung versetzen. Zudem erschweren oft Verständigungsprobleme die effektive und präzise Arbeit mit dem Endoskop, wenn zwischen dem Chirurgen und seinem Kollegen an der Kamera nicht ganz klar ist, wie weit oder in welche Richtung die Kamera bewegt werden soll.

Ruhig in jeder OP-Lage: Der Roboterarm

Der von AKTORmed entwickelte Roboterarm, der das Endoskop führt, bringt dabei wesentliche Erleichterungen: Er lässt sich mit drei Freiheitsgraden flexibel manuell führen und in der richtigen Position fixieren. So konnte zumindest bei einer fixierten Position bereits mit einem absolut ruhigen Bild gearbeitet werden. Der Joystick vereinfachte zudem die Führung, so dass in manchen Fällen bereits auf einen zweiten, Endoskop-führenden Arzt ganz verzichtet werden konnte. Zu den Kunden von AKTORmed zählen Krankenhäuser in Deutschland, aber auch Kliniken auf der ganzen Welt. AKTORmed ist eine Manufaktur für die Entwicklung und den Vertrieb von Medizingeräten, die im Jahr 2005 in Regensburg gegründet wurde. Mit derzeit 16 Mitarbeitern, vor allem Ingenieure, Elektrotechniker und Mechatroniker, wird der Roboterarm „Soloassist“ gefertigt und vertrieben und werden neue Produkte entwickelt.

Zuverlässige Sprachsteuerung erfordert hohe Rechenleistung

Noch flexibler lässt sich der Roboterarm einsetzen, wenn er direkt auf die Sprachbefehle des Operateurs reagieren kann. Damit kann der operierende Chirurg die Kamera mit wenigen einfachen Befehlen in die benötigte Richtung lenken und hat beide Hände für den Eingriff frei. Im Gegensatz zum Joystick benötigt die Spracherkennung und -verarbeitung allerdings deutlich mehr Rechen- und Speicherleistung. Die Entwickler von AKTORmed haben sich deshalb entschieden, auf einen Industrie-PC zu setzen, der diese Voraussetzung und zugleich die strengen Kriterien für Geräte im Operationssaal erfüllt. Neben den reinen technischen Merkmalen gaben bei AKTORmed auch noch weitere Gründe den Ausschlag, sich für Kontron zu entscheiden: Weil Innovationszyklen in der Medizintechnik lang sind und Beschaffungsvorhaben mehrere Jahre dauern können, muss für die Komponenten des Soloassist eine Langzeitverfügbarkeit von mindestens sieben bis zehn Jahren gegeben sein, wie sie Kontron für seine industriellen Boards anbietet. Zudem bestand die Notwendigkeit, auf einen USB-Bus auf dem Board zugreifen zu können. Als Partner von Kontron in puncto Service und Support fungiert Aaronn Electronic.

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2. IPC-Motherboard von Kontron als Herzstück

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