Wenn ein Chirurg heutzutage während der Operation Informationen aus der Patientenakte benötigt, ist er gezwungen, sich entweder unsteril zu machen oder Personal anzuweisen, ihm die entspre-chenden Informationen zugänglich zu machen. Aus technischer Sicht ist ein System zur intraoperati-ven Bedienung und Darstellung sehr einfach zu realisieren. Grundlage dafür ist eine elektronische Patientenakte (EPA), welche beispielsweise softwaregenerierten oder eingescannten Dokumenten verwaltet. Die vorliegende Arbeit widmet sich den folgenden Fragen: Wird ein solches System im Operationssaal sinnvoll genutzt? Welche Methoden zur sterilen Bedienung kommen infrage? Wie muss die grafische Darstellung auf den Operationssaal abgestimmt werden? Kann durch das Imple-mentieren aktueller Kommunikationsstandards auf alle verfügbaren Patientendaten zugegriffen werden? Dazu wurden in einer ambulanten HNO-Klinik zwei Pilotstudien durchgeführt. In der ersten Studie wurde das erste auf dem Markt befindliche kommerzielle Produkt „MI-Report“ der Firma Karl Storz evaluiert, welches per Gestenerkennung bedient wird. Für die zweite Studie wurde ein EPA-System entwickelt (Doc-O-R), welches eine Vorauswahl der angezeigten Dokumente in Abhängigkeit des Eingriffs traf und mit einem Fußschalter bedient werden konnte. Pro System wurden ca. 50 Eingriffe dokumentiert. Dabei wurde jedes angesehene Dokument und der Nutzungsgrund protokolliert. Die Systeme wurden durchschnittlich mehr als einmal pro Eingriff genutzt. Die automatische Vorauswahl der Dokumente zur Reduzierung der Interaktionen zeigte sehr gute Ergebnisse. Da das behandelte Thema noch in den Anfängen steckt, wird in der Arbeit am Ende auf die Vielzahl von Möglichkeiten eingegangen, welche bezüglich neuartiger Darstellungsmethoden, Bedienvorrich-tungen und aktueller Standardisierungsaktivitäten noch realisiert werden können. Dadurch werden zukünftig auch die Abläufe in der Chirurgie beeinflusst werden.

Gesten sind ein Kommunikationsweg, der einem Betrachter Informationen oder Absichten übermittelt. Daher können sie effektiv in der Mensch-Roboter-Interaktion, oder in der Mensch-Maschine-Interaktion allgemein, verwendet werden. Sie stellen eine Möglichkeit für einen Roboter oder eine Maschine dar, um eine Bedeutung abzuleiten. Um Gesten intuitiv benutzen zukönnen und Gesten, die von Robotern ausgeführt werden, zu verstehen, ist es notwendig, Zuordnungen zwischen Gesten und den damit verbundenen Bedeutungen zu definieren -- ein Gestenvokabular. Ein Menschgestenvokabular definiert welche Gesten ein Personenkreis intuitiv verwendet, um Informationen zu übermitteln. Ein Robotergestenvokabular zeigt welche Robotergesten zu welcher Bedeutung passen. Ihre effektive und intuitive Benutzung hängt von Gestenerkennung ab, das heißt von der Klassifizierung der Körperbewegung in diskrete Gestenklassen durch die Verwendung von Mustererkennung und maschinellem Lernen. Die vorliegende Dissertation befasst sich mit beiden Forschungsbereichen. Als eine Voraussetzung für die intuitive Mensch-Roboter-Interaktion wird zunächst ein Aufmerksamkeitsmodell für humanoide Roboter entwickelt. Danach wird ein Verfahren für die Festlegung von Gestenvokabulare vorgelegt, das auf Beobachtungen von Benutzern und Umfragen beruht. Anschliessend werden experimentelle Ergebnisse vorgestellt. Eine Methode zur Verfeinerung der Robotergesten wird entwickelt, die auf interaktiven genetischen Algorithmen basiert. Ein robuster und performanter Gestenerkennungsalgorithmus wird entwickelt, der auf Dynamic Time Warping basiert, und sich durch die Verwendung von One-Shot-Learning auszeichnet, das heißt durch die Verwendung einer geringen Anzahl von Trainingsgesten. Der Algorithmus kann in realen Szenarien verwendet werden, womit er den Einfluss von Umweltbedingungen und Gesteneigenschaften, senkt. Schließlich wird eine Methode für das Lernen der Beziehungen zwischen Selbstbewegung und Zeigegesten vorgestellt. / Gestures consist of movements of body parts and are a mean of communication that conveys information or intentions to an observer. Therefore, they can be effectively used in human-robot interaction, or in general in human-machine interaction, as a way for a robot or a machine to infer a meaning. In order for people to intuitively use gestures and understand robot gestures, it is necessary to define mappings between gestures and their associated meanings -- a gesture vocabulary. Human gesture vocabulary defines which gestures a group of people would intuitively use to convey information, while robot gesture vocabulary displays which robot gestures are deemed as fitting for a particular meaning. Effective use of vocabularies depends on techniques for gesture recognition, which considers classification of body motion into discrete gesture classes, relying on pattern recognition and machine learning. This thesis addresses both research areas, presenting development of gesture vocabularies as well as gesture recognition techniques, focusing on hand and arm gestures. Attentional models for humanoid robots were developed as a prerequisite for human-robot interaction and a precursor to gesture recognition. A method for defining gesture vocabularies for humans and robots, based on user observations and surveys, is explained and experimental results are presented. As a result of the robot gesture vocabulary experiment, an evolutionary-based approach for refinement of robot gestures is introduced, based on interactive genetic algorithms. A robust and well-performing gesture recognition algorithm based on dynamic time warping has been developed. Most importantly, it employs one-shot learning, meaning that it can be trained using a low number of training samples and employed in real-life scenarios, lowering the effect of environmental constraints and gesture features. Finally, an approach for learning a relation between self-motion and pointing gestures is presented.

Wenn ein Chirurg heutzutage während der Operation Informationen aus der Patientenakte benötigt, ist er gezwungen, sich entweder unsteril zu machen oder Personal anzuweisen, ihm die entspre-chenden Informationen zugänglich zu machen. Aus technischer Sicht ist ein System zur intraoperati-ven Bedienung und Darstellung sehr einfach zu realisieren. Grundlage dafür ist eine elektronische Patientenakte (EPA), welche beispielsweise softwaregenerierten oder eingescannten Dokumenten verwaltet. Die vorliegende Arbeit widmet sich den folgenden Fragen: Wird ein solches System im Operationssaal sinnvoll genutzt? Welche Methoden zur sterilen Bedienung kommen infrage? Wie muss die grafische Darstellung auf den Operationssaal abgestimmt werden? Kann durch das Imple-mentieren aktueller Kommunikationsstandards auf alle verfügbaren Patientendaten zugegriffen werden? Dazu wurden in einer ambulanten HNO-Klinik zwei Pilotstudien durchgeführt. In der ersten Studie wurde das erste auf dem Markt befindliche kommerzielle Produkt „MI-Report“ der Firma Karl Storz evaluiert, welches per Gestenerkennung bedient wird. Für die zweite Studie wurde ein EPA-System entwickelt (Doc-O-R), welches eine Vorauswahl der angezeigten Dokumente in Abhängigkeit des Eingriffs traf und mit einem Fußschalter bedient werden konnte. Pro System wurden ca. 50 Eingriffe dokumentiert. Dabei wurde jedes angesehene Dokument und der Nutzungsgrund protokolliert. Die Systeme wurden durchschnittlich mehr als einmal pro Eingriff genutzt. Die automatische Vorauswahl der Dokumente zur Reduzierung der Interaktionen zeigte sehr gute Ergebnisse. Da das behandelte Thema noch in den Anfängen steckt, wird in der Arbeit am Ende auf die Vielzahl von Möglichkeiten eingegangen, welche bezüglich neuartiger Darstellungsmethoden, Bedienvorrich-tungen und aktueller Standardisierungsaktivitäten noch realisiert werden können. Dadurch werden zukünftig auch die Abläufe in der Chirurgie beeinflusst werden.:1 Einführung 13 1.1 Problemstellung 14 1.2 Stand der Wissenschaft und Technik 14 1.2.1 Überblick 15 1.2.2 Digitalisierung des Operationssaals 16 1.2.3 Verbreitung Elektronischer Datenverarbeitungssysteme im Krankenhaus 16 1.2.4 Definitionen zum Begriff der elektronischen Patientenakte 17 1.2.5 Aufbau eines EPA-Systems 20 1.2.6 Sterile Bedienkonzepte 20 1.2.7 Darstellung 27 1.2.8 Standardisierung 33 2 Aufgabenstellung 39 3 Materialien und Methoden 41 3.1 Klinik 41 3.1.1 Technischer Stand 41 3.1.2 Abläufe im IRDC 41 3.2 Protokollierung 43 3.3 Verwendete Dokumente 44 3.3.1 KIS-Übersicht 44 3.3.2 Audiogramm 45 3.3.3 Tympanogramm 46 3.3.4 Blutwerte 47 3.3.5 OP-Bericht 48 3.3.6 Rhinomanometrie 50 3.3.7 Computertomographie 50 3.3.8 Bilder vorangegangener Untersuchungen und Operationen 51 3.3.9 Radiologische Gutachten 52 3.3.10 Anamnese 53 3.3.11 Überweisung 54 3.3.12 Stimmbefund 55 3.4 Statistische Auswertung 55 3.4.1 Abhängigkeit des betrachteten Dokuments von der Art des Eingriffs 55 3.4.2 Bewertung des Algorithmus zur automatischen Vorauswahl der Dokumente 56 3.5 Vorbereitung 57 3.6 Studie „MI-Report“ 57 3.6.1 Anzeige 58 3.6.2 Sensor und Bedienung 59 3.6.3 Personen 59 3.6.4 Vorbereitung 60 3.6.5 Protokollierung 60 3.7 Studie „Doc-O-R“ 62 3.7.1 Klinik 63 3.7.2 Vorbereitung 64 3.7.3 Protokollierung 64 3.7.4 Metadaten 65 3.7.5 Softwareentwicklung 65 4 Ergebnisse 69 4.1.1 Statistische Auswertung 71 4.2 Studie „MI-Report“ 71 4.2.1 Aktivierung 72 4.2.2 Nutzung 72 4.3 Studie „Doc-O-R“ 75 4.3.1 Datenlage 75 4.3.2 Algorithmus 75 4.3.3 Nutzung 77 4.3.4 Phasen 78 4.3.5 Operateure 79 4.3.6 Revisionen 79 5 Diskussion 81 5.1 Nutzung 81 5.2 Schwächen des Studienaufbaus 82 5.3 Statistische Auswertung 83 5.4 Darstellung 83 5.5 Standards 83 5.5.1 Technische Faktoren 84 5.5.2 Emotionale Faktoren 84 5.5.3 Strategische Faktoren 84 5.5.4 Ökonomische Faktoren 85 5.5.5 Rechtliche Faktoren 85 5.5.6 Machtpolitische Faktoren 85 5.6 Studie „MI-Report“ 85 5.6.1 Grafische Oberfläche 85 5.6.2 Aktivierung 86 5.6.3 Nutzung 86 5.6.4 Schwächen des Studienaufbaus 87 5.7 Studie „Doc-O-R“ 88 5.7.1 Schwächen der Studie 88 5.7.2 Algorithmus 88 5.7.3 Darstellung 88 5.7.4 Bedienung 89 5.7.5 Phasen 89 5.7.6 Nutzung 89 5.7.7 Revisionen 90 6 Schlussfolgerung 91 6.1 Bedienung 91 6.2 Standardisierung 92 6.3 Darstellung 93 6.4 Nutzungsverhalten 94 7 Ausblick 97 7.1 Bedienung 98 7.2 Standardisierung 100 7.3 Darstellung 102 7.4 Nutzungsverhalten 104 8 Zusammenfassung der Arbeit 105 9 Abbildungsverzeichnis 109 10 Quellenangaben 112 Anhang A Anatomische und physiologische Grundlagen 119 Anhang B Ambulante Eingriffe in der HNO-Chirurgie 121 Anhang C Schematischer Aufbau des Operationstraktes 123