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Kooperation zwischen Computern und Chirurgen Der schlaue Souffleur im Operationssaal

Der schlaue Souffleur im Operationssaal

"MinIAttention" heißt ein Kooperationsprojekt von JKU und KUK. Es schaut Chirurgen - nicht nur - auf die Finger.

Von Klaus Buttinger, 08. Oktober 2016 - 00:04 Uhr

Chirurgen sind auch nur Menschen, und damit vor Fehlern nicht gefeit. Sie zu verhindern muss zentrale Aufgabe der medizinischen Forschung sein, und genau das passiert in faszinierender Weise in einer Kooperation zwischen dem Institut für Pervasive Computing (Univ.-Prof. Alois Ferscha) an der JKU, der Abteilung für Viszeralchirurgie (Prof. Andreas Shamiyeh) am Kepler Universitätsklinikum und der Abteilung für Innere Medizin (Prof. Rainer Schöfl) im Elisabethinen-Krankenhaus .

Ansatzpunkt der Forschung ist die minimal-invasive Chirurgie (MIS). Suboptimale MIS-Eingriffe werden heute auf Aufmerksamkeitsschwankungen, Erfahrungsdefizite und nicht intuitive Auge-Hand-Koordination im Gebrauch endoskopischer Systeme zurückgeführt. Kurz: "Unter hoher kognitiver Last passieren Fehler, und die gilt es zu vermeiden", sagt Ferscha. Sein Institut für Pervasive Computing beschäftigt sich seit Jahren mit eingebetteter Intelligenz. Da wurden etwa in einen Bürosessel Sensoren in Sitz und Lehne eingewoben, um zu erforschen, wie Körperhaltung und Aufmerksamkeit korrelieren. Mit Hilfe von Tiefenbildsensoren und ausgeklügelten mathematischen Mustererkennungsalgorithmen analysierten die Linzer Forscher Körpersprache und Aufmerksamkeit von Passanten, die ein Plakat betrachteten. Auf solchen Erkenntnissen fußt nun auch die Forschungsarbeit im OP.

Stress bildet sich am Körper ab

"Wo sieht der Chirurg hin, wodurch lässt er sich ablenken, wie gestresst ist er, wie verändert sich seine Schulterhaltung, ist er abgespannt? Wir messen alle Dinge, die im OP passieren", sagt Andreas Shamiyeh vom KUK. Die Messdaten fließen in ein Assistenzsystem für den Chirurgen ein. Es gibt ihm Rückmeldung. Shamiyeh, Spezialist für laparoskopische Chirurgie, erklärt den Sinn der Datensammlung mit einem Vergleich: "Wenn sie ein modernes Auto fahren und müde werden, empfiehlt der Bordcomputer bei der nächsten Raststätte Pause zu machen."

Doch die Herausforderung liegt im Detail. Für die Messungen kommen kleine und kleinste Sensoren zum Einsatz. In den Handschuhen des Operateurs werden neben Beschleunigung und Handbewegung auch Herzschlag und die Hautfeuchte gemessen – zwei Stressindikatoren. In der Brille sitzen zwei kleine Kameras, die die Pupillenbewegung des Arztes verfolgen (Eye-Tracking). Im Zusammenspiel mit einer dritten Kamera in der Brille, die das Sehfeld abbildet, lässt sich errechnen, welche Stellen der Chirurg wie lange ansieht. Zudem wird die dynamische Pupillenveränderung gemessen, was Rückschlüsse über die Aufmerksamkeit zulässt.

Weiters lassen kleine 3D-Mikrophone in der Brille erkennen, woher eine eventuelle akustische Störung stammt. Darüber hinaus nimmt eine Tiefenbildkamera das gesamte OP-Geschehen auf. Die Bilder der handelnden Personen werden mit Hilfe des sogenannten Skelett-Trackings im Computer analysiert und damit die Körperhaltung auf stressbedingte Aufmerksamkeitsdefizite untersucht.

Stiller Alarm für den Operateur

Alle diese Daten fließen zusammen und werden abgeglichen mit einer idealen Aufmerksamkeitskurve während einer Operation, in der es verschiedene Aufmerksamkeitszonen gibt. Decken sich die Aufmerksamkeitswerte mit der Prognosekurve, verläuft die Operation technisch ideal.

Zeigen sich Abweichungen über bestimmte Grenzwerte hinaus, meldet sich das Assistenzsystem beim Operateur: per Vibration im Schuh oder am Handsensor. "Denn optisch oder akustisch ist der Chirurg während der OP beschäftigt – im Sinne des Multitasking ist das Vibrieren ein neuer und daher für ihn sofort erkennbarer Reiz", sagt Ferscha. "Damit adressieren wir eine Medizintechnik die ,mitdenkt’, das heißt aus dem Hintergrund beobachtet, analysiert, lernt, und Hilfestellungen nur dann gibt, wenn es wirklich nötig ist. Diese Rückmeldung wollen wir in der Privatsphäre belassen." An Überwachung denke er nicht.

Erste Patienten, für die sich am Prozedere nichts ändert, wurden bereits unter den Augen des Systems operiert. "Die ersten Schritte einer Aufmerksamkeitsmessung und eines Feedbacks lassen sich mit Standardoperationen in der starren Endoskopie am besten realisieren, etwa bei Gallenblasenoperationen", erklärt Rainer Schöfl von den Elisabethinen. Erst mit Zunahme der Erkenntnisse könne man sich größeren Operationen zuwenden. Schöfl hofft, dass sich durch die Verbreitung solcher Assistenzsysteme die Fehlerquoten rasch verringern.

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