Beter zicht voor chirurg

 

Robotarm ondersteunt endoscopische chirurgie

Met zijn robotarm Soloassist II wil het in Regensburg gevestigde bedrijf AktorMed het voor chirurgen in ziekenhuizen gemakkelijker maken om met endoscopen te werken. Voor minimaal invasieve procedures kan de chirurgische camera nu worden geleid met spraakherkenning. Dit is een aanzienlijke verbetering voor de chirurg, maar de onderliggende software stelt vergelijkbare hoge eisen aan de hardware. Er wordt daarom gebruik gemaakt van een volwaardige embedded industriële computer.

foto onder. De Soloassist II robotarm van AktorMed in gebruik: Met behulp van spraakbesturing wordt de chirurgische camera door de chirurg naar de juiste plaats geleid en voorzien van een perfecte standaard. (Afbeelding: Aaronn Electronic GmbH)

soloassist robotarm van Kontron  

Minimaal invasieve procedures worden ook wel kijkoperaties genoemd. In deze procedures worden de instrumenten en de endoscoop, een minicamera met een diameter van 5 tot 10mm, via twee kleine insnijdingen naar het operatiegebied geleid. Het beeld wordt weergegeven op een externe monitor en toont de chirurg zijn operatiegebied. In de operatiekaer betekent dit dat in veel procedures, naast de chirurg, ook een tweede arts aanwezig moet zijn voor het beheer van de camera. Alleen bij zeer eenvoudige handelingen is het voldoende voor een enkele arts om de camera zelf aan te passen.

Kontron Mini-ITX Embedded Moederbord E38 (Bild: Aaronn Electronic GmbH

Manuele Endoskoop-sturing

De endoscoop wordt nog steeds volledig met de hand geleid tijdens de meeste minimaal invasieve procedures. In de praktijk heeft deze manuele sturing ernstige nadelen: camera's met hoge resolutie produceren beelden in 4K- of 8K-kwaliteit, zelfs 3D-beelden zijn mogelijk. Maar voor veel toepassingen echter missen mensen de benodigde vaste hand om de endoscoop met een gewicht tot 600g in ongemakkelijke posities minutenlang stil te houden. De kleinste zenuwtrekken worden versterkt door de verhoogde weergave op hoge resolutie schermen op een zodanige wijze dat ze nauwkeurig werk eerder moeilijker dan gemakkelijker maken. Bovendien, bewegingen van het hele lichaam, bijvoorbeeld om de toegang van een collega tot de operatietafel te vergemakkelijken neigen ertoe om ook de hand met de endoscoop mee te bewegen, ondanks alle inspanningen om dat te voorkomen. Bovendien maken communicatieproblemen het vaak moeilijk om effectief en precies met de endoscoop te werken, wanneer bijvoorbeeld tussen de chirurg en zijn collega achter de camera, het niet helemaal duidelijk is hoe ver of in welke richting de camera moet worden verplaatst.

Robotarm stabiliseert

De door AktorMed ontwikkelde robotarm Van Soloassist, die de endoscoop begeleidt, heeft een aanzienlijke verlichting gebracht. Hij kan flexibel handmatig worden geleid met drie vrijheidsgraden en in de juiste positie worden bevestigd. Zo kan, althans in een vaste positie, al met een absoluut rustig beeld worden gewerkt. De joystick vereenvoudigde ook de gidsfunctie, zodat in sommige gevallen al van een, de endoscoop-leidende arts, kon worden afgezien.

Betrouwbare spraakbesturing

De  robotarm kan nog worden gebruikt als deze direct kan reageren op de spraakopdrachten van de chirurg. Hiermee kan de chirurg de camera in de gewenste richting sturen met slechts een paar eenvoudige commando's en heeft beide handen vrij  voor de medische procedure. In tegenstelling tot de joystick vereist spraakherkenning en -verwerking- aanzienlijk meer rekenkracht en geheugenkracht.  De ontwikkelaars van AktorMed hebben daarom, besloten om te vertrouwen op een industriële pc  die aan deze eis voldoet en  tegelijkertijd ook voldoet aan de strenge criteria voor apparaten in de  operatiekamer. Naast de zuiver technische eisen waren er ook andere reden om te kiezen voor Kontron: aangezien innovatie cycli in de medische technologie langdurig zijn en aanbestedingsprojecten enkele jaren kunnen duren, moet voor de componenten van de Soloassist een lange termijn beschikbaarheid van ten minste zeven tot tien jaar geboden zijn. Dit kon door Kontron voor haar industriële boards aangeboden worden. Bovendien was er de noodzaak om toegang te  krijgen tot een USB-bus op het bord. Daarnaast werd AktorMed overtuigd door de inzet van de Kontron partner Aaronn, die samen met Kontron aan alle eisen kon voldoen op het gebied  van service en ondersteuning.

Moederbord als hart van de technologie

Het gebruikte moederbord is de Kontron Mini-ITX Board E38 met Intel Atom-processor van de E3800-serie, dat voldoende opslagruimte en tal van interfaces heeft. Voor het  besturingssysteem is een opstartbaar flashgeheugen beschikbaar,   applicatiegegevens worden opgeslagen via een SSD-opslag.  Medio 2019, na drie jaar klinisch operationeel te zijn gewees,   heeft AktorMed geen enkele moederbordstoring geregistreerd.  De hoge betrouwbaarheid garandeert ook de veiligheid voor de patiënt: de  robotarm is tegen ongecontroleerde bewegingen beschermd via algoritmen. Dit garandeert dat de endoscoop de patiënt op geen enkele manier verwondt.Voor AktorMed blijkt Kontron’s ervaring met veeleisende klanten van over de hele wereld ook een voordeel te zijn. Aangezien goedkeuringen voor medische hulpmiddelen hier meestal complex, langdurig en verschillend zijn voor alle landen, heeft AktorMed al toegang tot veel noodzakelijke certificeringen zoals CE evenals tests voor elektromagnetische compatibiliteit (EMC), elektrische veiligheid en de radiospecifieke vereisten van de Amerikaanse   Federal Communications Commission (FCC). Ook hier betaalt zich de beschikbaarheid op lange termijn uit, want als er iets verandert   bij de eenmaal goedgekeurde component, zou bij de volgende levering een complexe hercertificering nodig zijn (en nu dus niet).   

Verdere ontwikkeling met AI

De volledige software voor  de spraakbesturing van de Soloassist II draait op het Kontron-moederbord. De boards worden geleverd door Aaronn klaar voor installatie bij AktorMed. Daarvoor worden ze gevuld  met geheugen, een ventilator en het SSD-geheugen. Hierna wordt de software geinstalleerd en vinden functionele tests plaats. SSD- AktorMed werkt eraan,  om klinieken over de hele wereld te overtuigen van de voordelen van spraakgestuurde  Soloassist  II. In termen van verdere ontwikkeling van de  robotarm denkt het bedrijf al na over toepassingen met kunstmatige intelligentie: De endoscoop zou het te behandelen operatie gebied, bijvoorbeeld een orgaan, zelfstandig kunnen vinden en zichzelf positioneren. Het is ook denkbaar dat door machine learning bepaalde chirurgische procesgangen worden opgeslagen en de  robotarm de overeenkomstige herpositionering van de endoscoop zelfstandig kan uitvoeren!