Ein Mikrochirurgiesystem
Bei Zellimplantaten muß man mit einer Genauigkeit größer 10 µm arbeiten. Doch ein guter Mediziner kann höchstens auf 0.5 mm genau arbeiten. Also muß ein neues System her, die roboterunterstützte Chirurgie. Hierfür braucht man auch ein gutes Bediensystem, nämlich die VR. Ein "Mensch-Maschine-Interface", welches visuelle Orientierung und "motion Feedback" bietet, ist gefordert.
Eine Art, um die scheinbare Anwesenheit eines Mediziners vor Ort zu simulieren ist, dessen Sinne durch real wirkende, aber künstlich erzeugte Reize anzuregen.
Um nun die "Roboter"-Bewegungen auf einen Mediziner zu übertragen, gibt es verschiedene Ansätze:
Indem man die Bewegungen auf das System des Mediziners überträgt, bekommt er durch seinen Gleichgewichts- und Orientierungsinn ein Gefühl für die gegenwärtige Position des Roboters.
Das wirkt dann so, als ob der Mediziner direkt seinen Kopf bewegt und seinen Patienten betrachtet.
Die Beschleunigung, Verzögerung oder Bewegung, die auf den Mediziner übertragen wird, gibt ihm ein Gefühl für die visuellen Instrumente, mit denen er das System steuert.
Die Kraft, welche er auf die Werkzeuge anwendet, kann er "spüren". Trifft er z.B. beim Schneiden auf einen Knochen, so muß er einen Widerstand spüren.
Das Fraunhofer-Institut hat das sog. "Operating Cockpit" entwickelt. Hier sitzt der Mediziner in einer ergonomischen Position und bekommt eine Bewegungsrückführung ("motion feedback") über die Bewegungen seines Sitzes.
Die Hauptbestandteile dieses Systems:
ein 21 Zoll LCD Display
Graphical User Interface
Abbild des Endoscopes
Orientierungs- und Steuerungsinformationen
Ein Element für Interaktion
Dieses Cockpit kann unter sterilen Bedingungen benutzt werden, deshalb kann ein Benutzer auch mit einen Touchpad arbeiten.
Der Benutzer kann hierbei verschiedene Parameter mittels eines visuellen Schiebereglers einstellen und diverse Instrumente auswählen.
Anmerkung: Normalerweise will man immer Systeme mit wenig Parametern (einfacher zu handhaben). Doch in der Medizin wird ein vielparametrisches System natürlich akzeptiert, denn ein med. System ist um einiges komplizierter als ein Home-PC.
Ein Joystick, welcher nicht selbständig in die 0-Stellung zurückkehrt, dient zur Steuerung.
Im gegenwärtigen Prototyp dient dieser Joystick der Gebiets-Vorauswahl. Der Mediziner wird hierbei übrigens informiert, wenn er den Roboter aus dem Arbeitsbereich fährt oder wenn er die anatomischen Grenzen überschreitet.
Wählt der Benutzer nun also ein neues Arbeitsgebiet (Region), so wird der Roboter an diese Stelle des Körpers gefahren, und der Arbeitsplatz des Mediziners wird ebenfalls an die neue Arbeitstätte angepasst.
Um eine realistische Wirkung des virtuellen Arbeitsplatzes zu erreichen , muß die Bewegung des Endoskops direkt auf die Bewegung des Cockpits übertragen werden.
Dazu sind folgende Schritte notwendig:
Verarbeitung der Eingabekommandos
Feststellen, ob diese Kommandos möglich sind (richtige Eingabe)
Erzeugung der Bewegung des Anzeigesystems
Transformation in Koordinaten des Cockpits
Begrenzung der Bewegung
Überprüfung, ob die Bewegungen ausgeführt werden können (Bereichsüberprüfung)
Erzeugung der Bewegung fürs Cockpit
Um die Steuergrößen in realistische Bewegungen umzusetzen, wird übrigens ein sog. "Washout-Filter" benutzt. Hinter diesem Filter steckt eine mathematische Gleichung, welche für Flugsimulatoren entwickelt wurde.
Bei dem oben beschriebenen System sorgt eine Silicon Graphics Workstation für die Transformation der Daten, und ein handelsüblicher PC erzeugt die Koordinaten und nimmt das "Washout" vor.