Automatisierte Endoskopführung – ein wissensbasiertes Robotiksystem

Fragestellung:

Eine Verbesserung der Ergonomie minimal-invasiver Chirurgie kann durch eine automatisierte Endoskopführung erreicht werden, sowohl für den Chirurg [1] als auch für den Assistenten [2]. Dem Chirurg bietet sich ein stabileres und an die jeweilige OP Phase adaptiertes Endoskopbild sowie mehr Bewegungsfreiheit. Der Assistent kann seine Aufmerksamkeit auf andere Aufgaben konzentrieren.

Ziel:

Die wissensbasierte Endoskopführung soll im Gegensatz zu kommerziell verfügbaren Endoskophalter eine weitgehend autonome Kameraführung leisten, anstatt dem Chirurgen zusätzliche Tätigkeiten aufzubürden. Für die Interaktion mit dem Chirurgen stehen verschiedene Schnittstellen zur Verfügung, welche der jeweiligen Eingabeart angemessen sind.

Methodik:

Durch maschinelles Lernen wird ausgehend von annotierten OP Aufzeichnungen die Relation zwischen jeweiliger OP Situation und der dafür optimalen Endoskopposition ermittelt und in einer Wissensbasis abgelegt. Diese Wissensbasis ermöglicht dem System eine Interpretation der Bilddaten, auf deren Basis eine optimale Endoskopbewegung geplant und schließlich ausgeführt wird. Ebenso gelingt durch die Wissensbasis eine Interaktion auf höherem Niveau, indem das automatisierte Endoskop grundlegende Anweisungen autonom ausführen kann, anstatt einer detaillierten Steuerung durch den Nutzer zu bedürfen.

Abb. 1: Konzept eines wissensbasierten Robotiksystems für die automatisierte Endoskopführung

Ergebnis:

Der prinzipielle Aufbau einer wissensbasierten Endoskopführung in seinen grundlegenden Bestandteilen Perzeption, Interpretation, Planung und Aktion und deren Integration zu einem Gesamtsystem wurde dargelegt.

Aufgezeigt wurde auch das Verbesserungspotential durch Einsatz eines derartigen Systems für Chirurg und Assistent in der MIC.

References:

[1] L. Wauben, M. Van Veelen, D. Gossot, R. Goossens, (2006), Application of ergonomic guidelines during minimally invasive surgery: a questionnaire survey of 284 surgeons, Surgical Endoscopy And Other Interventional Techniques, vol. 20, no. 8, pp. 1268 – 1274

[2] G. Lee, T. Lee, D. Dexter, C. Godinez, N. Meenaghan, R. Catania, A. Park, (2009), Ergonomic risk associated with assisting in minimally invasive surgery, Surgical Endoscopy, vol. 23, no. 1, pp. 182 – 188