Intuitives Bedienerinterface für chirurgische Roboter auf Basis eines sensorischen Handschuhs

Core Concepts

Ein neuartiges Bedienerinterface für den chirurgischen Roboter da Vinci, das einen sensorischen Handschuh, einen HTC Vive Tracker und eine Brille mit Augmented Reality Funktionalität integriert, um dem Chirurgen eine intuitive Steuerung des Roboterarms und des Endeffektors zu ermöglichen.

Abstract

Das vorgestellte System kombiniert verschiedene Komponenten, um ein neuartiges Bedienerinterface für den chirurgischen Roboter da Vinci zu schaffen. Dazu gehören ein HTC Vive Tracker, der an einen Manus Meta Prime 3 XR sensorischen Handschuh befestigt ist, sowie eine Brille mit Augmented Reality Funktionalität (God Vision).
Das System ermöglicht es dem Chirurgen, den Roboterarm intuitiv mit Handbewegungen zu steuern. Zusätzlich können die Finger verwendet werden, um den Endeffektor des chirurgischen Instruments zu kontrollieren. Handgesten werden genutzt, um zusätzliche Funktionen wie das Einkuppeln (Clutching) zu implementieren, was in der originalen da Vinci Konsole nicht möglich ist.
Die Vibrationselemente des Handschuhs geben dem Benutzer haptisches Feedback, wenn Gesten erkannt werden. Eine Kalibrierung des da Vinci Systems wurde durchgeführt, um die Ungenauigkeiten des Systems zu reduzieren.
In einer Evaluierung durch erfahrene Chirurgen zeigte sich, dass das System sehr präzise und intuitiv zu bedienen ist. Die Teilnehmer konnten die Trainingsaufgaben mit minimalem Übungsaufwand durchführen. Das vorgestellte System ist kostengünstig, da es aus Standardkomponenten besteht, und ermöglicht schnelles Prototyping, was weitere Innovationen im Bereich der Benutzerschnittstellen für chirurgische Roboter verspricht.

Stats

Die durchschnittliche Verzögerung zwischen der Bewegung des Handschuhs und der Ausführung durch den Roboterarm betrug 0,223 Sekunden.
Die durchschnittliche Positionsabweichung zwischen Handschuh und Roboterarm lag bei 0,004 Metern.
Die durchschnittliche Orientierungsabweichung zwischen Handschuh und Roboterarm betrug 0,024 Radiant.

Quotes

"Das System ist sehr präzise und intuitiv zu bedienen."
"Ich konnte die Trainingsaufgaben mit minimalem Übungsaufwand durchführen."

Key Insights Distilled From

Sensory Glove-Based Surgical Robot User Interface

by Leonardo Bor... at arxiv.org 03-22-2024

https://arxiv.org/pdf/2403.13941.pdf

Deeper Inquiries

Wie könnte das System um zusätzliche Funktionen wie Kraftrückkopplung oder Instrumentenwechsel erweitert werden, um den Chirurgen noch mehr Kontrolle und Feedback zu bieten?

Um das System um zusätzliche Funktionen wie Kraftrückkopplung oder Instrumentenwechsel zu erweitern, könnten verschiedene Ansätze verfolgt werden.

Kraftrückkopplung:

Die Integration von haptischem Feedback in die Handschuhe könnte dem Chirurgen taktile Informationen über die ausgeübte Kraft während des Eingriffs geben. Dies könnte durch die Verwendung von Drucksensoren oder vibrotaktile Rückmeldungen erreicht werden. So könnte der Chirurg beispielsweise spüren, wie fest er ein Gewebe greift oder wie stark er auf ein Instrument drückt.
Die Implementierung von Kraftsensoren an den Instrumenten selbst könnte dem Chirurgen Echtzeitinformationen über die auf das Gewebe ausgeübte Kraft liefern. Dies würde es dem Chirurgen ermöglichen, die Kraftanwendung präziser zu steuern und potenzielle Schäden zu minimieren.

Instrumentenwechsel:

Durch die Integration eines Mechanismus zur automatischen Instrumentenwechsel in das System könnte der Chirurg nahtlos zwischen verschiedenen Werkzeugen wechseln, ohne den Eingriff unterbrechen zu müssen. Dies würde die Effizienz steigern und die Gesamtzeit des Eingriffs verkürzen.
Die Implementierung einer Gestensteuerung oder eines Sprachbefehlssystems für den Instrumentenwechsel könnte dem Chirurgen ermöglichen, Werkzeuge intuitiv und schnell zu wechseln, ohne auf manuelle Eingaben angewiesen zu sein.

Durch die Integration dieser Funktionen könnte das System dem Chirurgen noch mehr Kontrolle und Feedback bieten, was zu einer verbesserten chirurgischen Leistung und Patientenversorgung führen würde.

Welche Herausforderungen könnten sich bei der Einführung eines solchen Systems in der klinischen Praxis ergeben und wie könnten diese adressiert werden?

Bei der Einführung eines solchen Systems in der klinischen Praxis könnten verschiedene Herausforderungen auftreten, darunter:

Sicherheitsbedenken: Die Integration von neuen Technologien in den chirurgischen Workflow birgt potenzielle Risiken für die Patientensicherheit. Es ist wichtig, umfassende Tests und Schulungen durchzuführen, um sicherzustellen, dass das System zuverlässig und sicher ist.

Akzeptanz und Schulung: Chirurgen und medizinisches Personal müssen möglicherweise Zeit investieren, um sich mit dem neuen System vertraut zu machen. Schulungsprogramme und Schulungen sind entscheidend, um sicherzustellen, dass das Personal das System effektiv nutzen kann.

Interoperabilität: Die Integration des neuen Systems in bestehende chirurgische Abläufe und Systeme könnte technische Herausforderungen mit sich bringen. Die Kompatibilität mit anderen Geräten und Systemen muss gewährleistet sein.

Regulatorische Anforderungen: Neue medizinische Geräte und Technologien müssen strenge regulatorische Anforderungen erfüllen. Es ist wichtig, alle Vorschriften und Standards einzuhalten, um die Zulassung und den Einsatz in der klinischen Praxis zu gewährleisten.

Diese Herausforderungen könnten durch eine enge Zusammenarbeit mit medizinischem Fachpersonal, Herstellern, Regulierungsbehörden und Technologieexperten angegangen werden. Durch eine umfassende Planung, Schulung und Überwachung könnte die erfolgreiche Integration des Systems in die klinische Praxis gewährleistet werden.

Inwiefern könnte die Verwendung von Augmented Reality-Technologien in Kombination mit der Handsteuerung das Situationsbewusstsein und die Effizienz des Chirurgen weiter verbessern?

Die Kombination von Augmented Reality (AR)-Technologien mit der Handsteuerung könnte das Situationsbewusstsein und die Effizienz des Chirurgen auf mehrere Arten verbessern:

Erweitertes Situationsbewusstsein: AR kann dem Chirurgen zusätzliche Informationen in Echtzeit überlagern, z. B. anatomische Strukturen, Instrumentenpositionen oder vitalphysiologische Daten. Dies ermöglicht es dem Chirurgen, eine umfassendere Sicht auf das Operationsfeld zu erhalten und präzisere Entscheidungen zu treffen.

Präzisere Navigation: Durch die Integration von AR-Visualisierungen in das Sichtfeld des Chirurgen kann die präzise Navigation zu Zielorten im Körper des Patienten erleichtert werden. Dies kann die Genauigkeit von Eingriffen verbessern und das Risiko von Fehlplatzierungen verringern.

Effizienzsteigerung: Die intuitive Handsteuerung in Kombination mit AR-Feedback kann die Effizienz des Chirurgen steigern, indem sie die Interaktion mit dem Robotersystem optimiert. Durch die nahtlose Integration von Steuerung und visuellem Feedback kann der Chirurg Aufgaben effizienter ausführen und die Gesamtzeit des Eingriffs verkürzen.

Verbesserte Kommunikation und Teamarbeit: AR kann auch die Kommunikation im Operationssaal verbessern, indem es Teammitgliedern die Möglichkeit bietet, die gleichen visuellen Informationen zu teilen. Dies fördert die Zusammenarbeit und das Verständnis zwischen den Teammitgliedern.

Durch die Nutzung von AR-Technologien in Verbindung mit der Handsteuerung kann die Chirurgie auf ein neues Niveau der Präzision, Effizienz und Patientenversorgung gehoben werden.