Hendrik Huscher

Auch das dritte SmartOT-Projekttreffen war wieder ein voller Erfolg. Es fand am 21. September 2021 in Teilpräsenz statt; einige Projektpartner trafen sich persönlich in Oldenburg, die anderen schalteten sich online dazu. Seit dem letzten Treffen sind die Projektarbeiten in allen Bereichen weit vorangeschritten. Die aktuellen Zwischenergebnisse wurden in verschiedenen Präsentationen vorgestellt und anhand von Demonstratoren und Simulationen veranschaulicht. Alle freuen sich schon auf den nächsten großen Schritt, in dem ein Testsystem im Pius-Hospital Oldenburg aufgebaut wird, um die Funktionalität in verschiedenen Szenarien zu evaluieren.

Auf der Eurographics 2021 konnte das Labor für Computergrafik und Virtuelle Realität (CGVR) der Universität Bremen den Public Voting Award für das beste Poster gewinnen. Eingereicht wurde das Poster „Fast and Robust Registration and Calibration of Depth-Only Sensors“, welches ein neu entwickeltes, schnelles und robustes Registrierungsverfahren vorstellt, das im SmartOT-Projekt eingesetzt wird.

Im SmartOT-Projekt setzen wir an verschiedenen Stellen auf Tiefenkameras, die 3D-Geometrie in Form von Point Clouds aufzeichnen können. Beispielsweise haben wir von realen abdominalen OPs Tiefenbildaufnahmen angefertigt, mit denen wir die im SmartOT-Projekt entwickelten Algorithmen zur Lichtsteuerung testen und verbessern.

Bei der berührungslosen Verfolgung (Tracking) mittels Kameras besteht prinzipiell das Problem der Verdeckung des zu beobachtenden Bereiches unabhängig von der jeweiligen Technologie und des Einsatzgebietes der Tiefenkameras, weswegen in vielen Fällen mehrere Kameras aus verschiedenen Perspektiven die Szene gleichzeitig aufnehmen. Um die Aufnahmen mehrerer Tiefenkameras zu einer gemeinsamen Pointcloud vereinen zu können, ist wiederum eine Registrierung (auch extrinsische Kalibrierung genannt) notwendig.

Das CGVR hat dazu ein neues, schnelles und robustes Registrierungsverfahren für Tiefenkameras entwickelt, welches für die angefertigten Aufnahmen realer Operationen eingesetzt wurde, aber auch zukünftig im realen Prototyp im Living Lab des Pius-Hospitals in Oldenburg verwendet wird. Das Registrierungsverfahren wurde im Februar 2021 auf der Eurographics 2021 in Form eines Posters mit dem Namen „Fast and Robust Registration and Calibration of Depth-Only Sensors“ eingereicht und konnte dort im Mai 2021 den Public Voting Award für das beste Poster gewinnen. Ein auf der Cyberworlds 2021 eingereichtes Full Paper unter dem Titel „Fast and Robust Registration of multiple Depth-Sensors and Virtual Worlds“, welches tiefer ins Detail geht und das entwickelte Verfahren evaluiert, wurde kürzlich akzeptiert und wird in naher Zukunft veröffentlicht.

Das entwickelte Registrierungsverfahren ist dabei nicht nur für das SmartOT-Projekt von Vorteil, sondern wird auch im Rahmen des VIVATOP-Projektes eingesetzt.

Weitere Informationen:

• https://doi.org/10.2312/egp.20211033
• https://www.youtube.com/watch?v=AvFD4gTJV2s
• http://vivatop.de/

Im April hatte das Konsortium die Möglichkeit, das Smart-OT-Projekt auf dem 138. Deutschen Chirurgen Kongress (DCK) erstmals einem breiteren medizinischen Fachpublikum vorzustellen. Der DCK ist als Jahreskongress der Deutschen Gesellschaft für Chirurgie eine der wichtigsten jährlich stattfindenden Fachveranstaltungen für Chirurgie in Deutschland und fand in diesem Jahr unter dem Motto Kompetenz-Kreativität-Kommunikation vom 12. bis 16. April als Digitalveranstaltung statt.

Bereits in der ersten Sitzung der Veranstaltung, die im Rahmen des Vorkongresses schon am Nachmittag des 6. April 2021 stattfand, und in der in diversen Kurzvorträgen unterschiedlichste chirurgische Fragestellungen behandelt wurden, konnte die Universitätsklinik für Viszeralchirurgie der Carl von Ossietzky Universität Oldenburg stellvertretend für alle am Projekt beteiligten Institutionen in einer fünfminütigen Kurzkommunikation über das Projekt informieren. Dabei wurde vor allem dargestellt, warum aus Sicht der am Smart-OT-Projekt beteiligten Partner die Notwendigkeit für eine modernere OP-Beleuchtung besteht und wie ein Prototyp dieser neuartigen Beleuchtungseinrichtung aussehen kann. Besonders gespannt wurde das im Rahmen der an den Vortrag anschließenden Fachdiskussion erfolgte Feedback erwartet, um die Einschätzung von nicht am Projekt beteiligten WissenschaftlerInnen und ÄrztInnen anderer Fachdisziplinen zu hören. Dabei zeigte sich, dass das geplante System als innovativ und – besonders in Bezug auf den Umgang mit Schattenfall in den OP-Bereich – von praktischer Relevanz anerkannt wurde. Insgesamt hat sich damit bestätigt, dass das Projekt auf einem guten Weg ist und sich Fragen angenommen hat, die auch über die Grenzen unterschiedlicher chirurgischer Fachdisziplinen hinweg als relevant gesehen werden.

Am 26. Oktober 2020 fand ein weiteres Online-Projekttreffen in großer Runde statt. Der aktuelle Projektfortschritt wurde mittels verschiedener Prototypen und Demonstratoren für die Beleuchtung und die Steuerung erläutert und lebhaft diskutiert – die bisherigen Ergebnisse zeigen, dass sich das Projekt auf einem sehr guten Weg befindet.

Ein Konsortium aus Wissenschaft und Gesundheitswirtschaft entwickelt ein Beleuchtungssystem, die im Operationssaal automatisch für die optimale Beleuchtung sorgt. Sie kompensiert Schattenwürfe, die durch Bewegungen des OP-Teams entstehen, und lässt sich zusätzlich gezielt über Gesten und Sprache steuern, wenn Chirurgen eine Stelle besonders gut ausleuchten möchten.

Die Erhöhung der Sicherheit im Operationssaal steht im Mittelpunkt des neuen Forschungsprojekts „Smart-OT“ (englische Abkürzung für „Intelligente Operationstechnologien“). Vorrangiges Ziel des beteiligten Konsortiums aus Wissenschaft und Medizintechnik-Unternehmen ist die Entwicklung eines intelligenten OP-Beleuchtungssystems, das für eine präzise Ausleuchtung sorgen soll, ohne dass eine manuelle Bedienung erforderlich ist. Die Vorteile: Chirurgen haben die Hände frei und verfügen stets über eine gute Sicht, auch wenn sich Menschen im Raum bewegen. So wird die die Arbeitsplatzbelastung der OP-Mitarbeiter reduziert und parallel die Patientensicherheit erhöht.

Konsortialführer ist die Dr. Mach GmbH & Co. KG, einer der weltweit führenden Hersteller von medizinischen Beleuchtungssystemen. Ebenfalls beteiligt sind das Pius-Hospital Oldenburg– ein klinischer Partner der Universität Oldenburg – sowie die Firma Qioptiq Photonics und das Klinische Innovationszentrum für Medizintechnik Oldenburg (KIZMO). Darüber hinaus ist die Universität Bremen mit dem Technologie-Zentrum Informatik und Informationstechnik (TZI) vertreten. Das Projekt, das Ende 2021 abgeschlossen sein soll, wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit 1,2 Millionen Euro gefördert.

Wichtiger Schritt auf dem Weg in den OP-Alltag

Die intelligente OP-Beleuchtung wird durch den Einsatz neuartiger Licht- und Steuerungskonzepte ermöglicht, die interaktiv miteinander verknüpft werden und auf andere Geräte im Operationssaal übertragbar sein sollen. „Smart-OT“ baut auf dem Projekt „Intra-operative Information“ auf, das von der Universität Bremen nach dem Gewinn des Exzellenzwettbewerbs gemeinsam mit regionalen Krankenhäusern durchgeführt wurde und konkrete Verbesserungsmöglichkeiten im OP aufgezeigt hat. Mit „Smart-OT“ wird nun ein wichtiger Schritt zur praktischen Umsetzung vollzogen.  

Die Hardware wird im Rahmen des Projekts maßgeblich von den Firmen Dr. Mach und Qioptiq entwickelt. Die Arbeitsgruppe Computergrafik und Virtuelle Realität des TZI an der Universität Bremen (Prof. Gabriel Zachmann) liefert die Software zur autonomen Beleuchtungssteuerung. Eine Herausforderung liegt dabei in der optimalen Anordnung und Koordination einer Vielzahl kleiner Leuchten, die anstelle der bisherigen großen Lampen zum Einsatz kommen sollen.

Damit Chirurginnen und Chirurgen die Beleuchtung bei Bedarf mit wenig Aufwand nachjustieren können, ergänzt die Arbeitsgruppe Digital Media Lab (Prof. Rainer Malaka) des TZI das System um die Möglichkeit der Gesten- und Sprachsteuerung.

Die Universität Oldenburg mit dem Pius-Hospital (Prof. Dirk Weyhe) sorgt gemeinsam mit dem KIZMO für die Praxistauglichkeit des Systems – von der Anforderungsanalyse über die Gebrauchstauglichkeit bis zur Evaluation der Demonstratoren. In einem eigens für Forschungsfragen konzipierten Labor („Living Lab“) können Operationen mit den entwickelten Technologien simuliert und die Arbeitsabläufe erprobt werden.