Refine
Document Type
- Conference proceeding (8) (remove)
Is part of the Bibliography
- yes (8)
Institute
- Informatik (8)
Motivation
In order to enable context-aware behavior of surgical assistance systems, the acquisition of various information about the current intraoperative situation is crucial. To achieve this, the complex task of situation recognition can be delegated to a specialized system. Consequently, a standardized interface is required for the seamless transfer of the recognized contextual information to the assistance systems, enabling them to adapt accordingly.
Methods
Our group analyzed four medical interface standards to determine their suitability for exchanging intraoperative contextual information. The assessment was based on a harmonized data and service model derived from the requirements of expected context-aware use cases. The Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM) and IEEE 11073 for Service-oriented Device Connectivity (SDC) were identified as the most appropriate standards.
Results
We specified how DICOM Unified Procedure Steps (UPS), can be used to effectively communicate contextual information. We proposed the inclusion of attributes to formalize different granularity levels of the surgical workflow.
Conclusions
DICOM UPS SOP classes can be used for the exchange of intraoperative contextual information between a situation recognition system and surgical assistance systems. This can pave the way for vendor-independent context awareness in the OR, leading to targeted assistance of the surgical team and an improvement of the surgical workflow.
Die Bereitstellung klinischer Informationen im Operationssaal ist ein wichtiger Aspekt zur Unterstützung des chirurgischen Teams. Die roboter-assistierte Ösophagusresektion ist ein besonders komplexer Eingriff, der Potenzial zur workflowbasierten Unterstützung bietet. Wir präsentieren erste Ergebnisse der Entwicklung eines Checklisten-Tools mit der zugrundeliegenden Modellierung des chirurgischen Workflows und Informationsbedarf der Chirurgen. Das Checklisten-Tool zeigt hierfür die durchzuführenden Schritte chronologisch an und stellt zusätzliche Informationen kontextadaptiert bereit. Eine automatische Dokumentation von Start- und Endzeiten einzelner OP-Phasen und Schritte soll zukünftige Prozessanalysen der Operation ermöglichen.
Zur Unterstützung des Operateurs wird eine patientennahe Informationsanzeige entwickelt, die kontextrelevante Informationen entsprechend der aktuellen Situation bereitstellen kann. Hierfür soll eine Situationserkennung konzipiert werden, die auf unterschiedliche intraoperative Prozesse übertragen werden kann. Ziel der adaptiven Situationserkennung ist das Erkennen spezifischer Situationen durch intraoperative Informationen unterschiedlicher Datenquellen im Operationssaal. Innerhalb der Datenerhebung und -analyse wurden Anwendungsfälle für die Situationserkennung definiert sowie chirurgische Prozessmodelle erstellt, die intraoperative Ereignisse abbilden. Auf Basis dieser Informationen wurde ein Konzept entworfen, das sich zunächst auf die Erkennung abstrakter generalisierter Phasen, unabhängig vom Eingriff, fokussiert und sich Schritt für Schritt auf granulare Prozessschritte spezifizieren lässt. Diese Flexibilität soll die Übertragbarkeit des Konzepts auf intraoperative Prozesse ermöglichen und den Operateur dadurch gezielt mit kontextrelevanten Informationen unterstützen. Das Konzept wird in zukünftigen Schritten weiterentwickelt.
OR-Pad - Entwicklung eines Prototyps zur sterilen Informationsanzeige am OP-Situs : meeting abstract
(2019)
Hintergrund: Oftmals werden Informationen aus der Krankenakte oder von Bildgebungsverfahren nur auf recht weit vom Operationsgebiet entfernten Monitoren, außerhalb der ergonomischen Sichtachse des Operateurs, dargestellt. Dies führt dazu, dass relevante Informationen übersehen werden oder ihr Informationspotenzial nicht ausgeschöpft werden kann. In Papierform mitgenommene Notizen befinden sich während der OP außerhalb des sterilen Bereichs und sind dadurch für den Operateur nicht ohne Weiteres zugänglich. Auch bei intraoperativen Einträgen für die OP Dokumentation ist der Operateur auf die Mithilfe der Assistenz angewiesen. Durch die zusätzlichen Kommunikationswege entstehen dabei ein personeller und zeitlicher Mehraufwand und das Fehlerpotenzial nimmt zu. Das anwendungsorientierte Forschungsprojekt OR-Pad - Nutzung von portablen Informationsanzeigen im Operationssaal - soll dem Operateur zu einem verbesserten Informationsfluss verhelfen. Die Idee entstand aus der klinischen Routine der Anatomie und Urologie des Universitätsklinikums Tübingen und wird nun durch Fördermittel vom Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg sowie vom Europäischen Fonds für regionale Entwicklung an der Hochschule Reutlingen zu einem High Fidelity-Prototypen weiterentwickelt.
Ziel: Ziel des OR-Pad Projekts ist es, während einer OP zum aktuellen Zeitpunkt klinisch relevante Informationen in unmittelbarer Nähe zum Operateur darzustellen. Mithilfe des Systems soll der Informationsfluss zwischen dem Eingriff sowie dessen Vor- und Nachbereitung optimiert werden. Der Operateur soll vorab relevante Informationen, wie aktuelle Röntgenbilder oder persönliche Notizen, zur intraoperativen Anzeige auswählen können, die dann am OP-Situs auf einer sterilen Informationsanzeige dargestellt werden. Durch die Positionierung soll eine ergonomische Sichtachse sowie die direkte Interaktion mit dem System ermöglicht werden. Kontextrelevante Informationen sollen basierend auf dem aktuellen OP-Verlauf durch die Entwicklung einer Situationserkennung automatisch bereitgestellt werden. Zur Optimierung des Informationsflusses gehört ebenfalls die Unterstützung der OP-Dokumentation. Für diese sollen während des Eingriffs manuell vom Operateur sowie automatisch vom System Einträge, wie Zeitpunkte oder intraoperative Aufnahmen, erstellt werden. Aus diesen soll nach dem Eingriff die OP-Dokumentation generiert und damit der Prozess qualitativer und zeiteffizienter gestaltet werden.
Methodik: Zur Erreichung des Ziels werden zunächst die klinischen Anforderungen spezifiziert und in ein Lastenheft überführt. Hierfür werden Interviews und Beobachtungen bei mehreren Interventionen durchgeführt. Nach dem User-Centered-Designprozess werden Personas und Nutzungsszenarien entworfen und mit klinischen Projektpartnern in mehreren Iterationen evaluiert. Es gilt eine Informationsarchitektur aufzubauen, die eine Einbettung klinischer Informationssysteme sowie Bild- und Gerätedaten aus dem OP-Netzwerk erlaubt. Eine Situationserkennung, basierend auf Prozessmodellen, soll zur Abschätzung des Operationsfortschritts entwickelt werden. Zur Befestigung der Informationsanzeige sollen geeignete Haltemechanismen eingesetzt werden. Das OR-Pad System soll laufend im Lehr- und Forschungs-OP der Hochschule Reutlingen getestet und im Sinne agiler Produktentwicklung mit den klinischen Projektpartnern abgestimmt werden. Der finale Funktionsprototyp soll abschließend in den Versuchs-OPs der Anatomie Tübingen getestet und evaluiert werden.
Ergebnisse: Über eine erste Datenerhebung mittels Contextual Inquiry konnten erste Anforderungen an das OR-Pad System erfasst werden, woraus ein Low-Fidelity-Prototyp resultierte. Die Evaluation über Experteninterviews führte in die zweite Iteration, in der das Konzept entsprechend der Ergebnisse angepasst wurde. Über Hospitationen am Uniklinikum Tübingen fand eine weitere Datenerhebung zur Erstellung von Szenarien für die intraoperativen Anwendungsfälle statt. Anhand der Anforderungen wurde ein Konzept für die Benutzerschnittstelle entworfen, die im weiteren Verlauf mit den klinischen Projektpartnern evaluiert wird.
This project aims to evaluate existing big data infrastructures for their applicability in the operating room to support medical staff with context-sensitive systems. Requirements for the system design were generated. The project compares different data mining technologies, interfaces, and software system infrastructures with a focus on their usefulness in the peri-operative setting. The lambda architecture was chosen for the proposed system design, which will provide data for both postoperative analysis and real-time support during surgery.
Physicians in interventional radiology are exposed to high physical stress. To avoid negative long-term effects resulting from unergonomic working conditions, we demonstrated the feasibility of a system that gives feedback about unergonomic
situations arising during the intervention based on the Azure Kinect camera. The overall feasibility of the approach could be shown.
What might the attendee be able to do after being in your session?
Our work shows how to connect intra-operative devices via IEEE 11073 Service-oriented Device Connectivity (SDC).
Description of the Problem or Gap
Standardized device communication is essential for interoperability, availability of device data, and therefore for the intelligent operating room (OR) and arising solutions. The SDC standard was developed to make information from medical devices available in a uniform manner and enable interoperability. Existing devices are rarely SDC-capable and need interfaces to be interoperable via SDC.
Methods: What did you do to address the problem or gap?
We conceived an SDC-based architecture consisting of a service provider and service consumer. In our concept, the service provider is connected to the medical device and capable to translate the proprietary protocol of the device into SDC and vice versa. The service consumer is used to request or send information via the SDC protocol to the service provider and can function as a uniform bidirectional interface (e.g. for displaying or controlling). This concept was exemplarily demonstrated with the patient monitor MX800 of Philips to retrieve the device data (e.g. vital parameters) via SDC and partly for the operating light marLED X of KLS Martin Group.
Results: What was the outcome(s) of what you did to address the problem or gap?
The patient monitor MX800 was connected to a Raspberry Pi (RPi) via LAN, on which the service provider is running. The python script on the RPi establishes a connection to the monitor and translates incoming and outgoing messages from the proprietary protocol to SDC and vice versa to/from the service consumer. The service consumer is running on a laptop and acts as a simulation for different kinds of systems that want to get vital parameters or other information from the patient monitor. The operating light marLED X was connected to an RPi via USB-to-RS232. A python script on the RPi establishes a connection to the light and makes it possible via proprietary commands to get information of the light (e.g. status) and to control it (e.g. toggle the light, increment the intensity). A translation to SDC is not integrated yet.
Discussion of Results
Our practical implementation shows that medical devices can be accessed via external connections to get device data and control the device via commands. The example SDC implementation of the patient monitor MX800 makes it possible to request its data via the standardized communication protocol SDC. This is also possible for the operating light marLED X if its proprietary protocol is analyzed to be translatable to/from SDC. This would allow to control the device from an external system, or automatically depending on the status of the ongoing procedure. The advantage is, that existing intra-operative devices can be extended by a service provider which is capable of translating the proprietary protocol of the device in SDC and vice versa. This enables interoperability and an intelligent OR that, for example, is aware of all devices, their status, and data and can use this information to optimally support the surgeons and their team (e.g. provision of information, automated documentation). This interoperability allows that future innovations merely need to understand the SDC protocol instead of all vendor-dependent communication protocols.
Conclusion
Standardized device communication is essential to reach interoperability, and therefore intelligent ORs. Our contribution addresses the possibility of subsequently making medical devices SDC-capable. This may eliminate the need of understanding all the different proprietary protocols when developing new innovative solutions for the OR.
Introduction: Even if there is a standard procedure of CI surgery, especially in pediatric surgery surgical steps often differ individually due to anatomical variations, malformations or unforseen events. This is why every surgical report should be created individually, which takes time and relies on the correct memory of the surgeon. A standardized recording of intraoperative data and subsequent storage as well as text processing would therefore be desirable and provides the basis for subsequent data processing, e.g. in the context of research or quality assurance.
Method: In cooperation with Reutlingen University, we conducted a workflow analysis of the prototype of a semi-automatic checklist tool. Based on automatically generated checklists generated from BPMN models a prototype user interface was developed for an android tablet. Functions such as uploading photos and files, manual user entries, the interception of foreseeable deviations from the normal course of operations and the automatic creation of OP documentation could be implemented. The system was tested in a remote usability test on a petrous bone model.
Result: The user interface allows a simple intuitive handling, which can be well implemented in the intraoperative setting. Clinical data as well as surgical steps could be individually recorded and saved via DICOM. An automatic surgery report could be created and saved.
Summary: The use of a dynamic checklist tool facilitates the capture, storage and processing of surgical data. Further applications in clinical practice are pending.