Schnittstellen zur Anbindung eines Roboters in ein bildgestütztes Therapiesystem

Schon seit Mitte der 80er Jahre wird auf dem Gebiet der roboterassistierten Chirurgie geforscht, wobei eine stetig steigende Anzahl von Forschungsprojekten zu verzeichnen ist. Trotz der intensiven Bemühungen existieren bisher nur wenige Beispiele, die einen kommerziellen Erfolg aufweisen können. Gründe hierfür sind unter anderem die unzureichende Genauigkeit des Gesamteingriffes und der komplexe und zeitintensive chirurgische Workflow.  Neben dem Erreichen der geforderten Genauigkeit und dem Optimieren des chirurgischen Workflows ist eine einfache Anbindung und Integration des Assistenzsystems in ein bildgestütztes Therapiesystem ein wichtiger Schritt hin zu einem fertigen Medizinprodukt. In diesem Zusammenhang beschäftigen sich Forschungsgruppen und Gremien im Bereich der Medizininformatik mit der  einfacheren Anbindung und Vernetzung von Geräten verschiedener Hersteller innerhalb eines modernen Operationssaals. Erfolgreiche Beispiele sind der Health Level 7 (HL7) Standard oder auch der Digital Imaging and Communication in Medicine (DICOM) Standard. Des Weiteren bestehen Bemühungen im Rahmen des Integrating the healthcare Enterprise (IHE) Programms, relevante Standards für die einzelnen Bereiche der Medizin zu identifizieren. Für die Chirurgie und im Speziellen für die roboterassistierte Chirurgie existiert ein solcher Standard derzeit nicht.

Im Rahmen dieses Kooperationsprojekts erarbeitet das Institut für Mechatronische Systeme zusammen mit der KUKA Laboratories GmbH ein generisches Schnittstellenkonzept zur Anbindung eines KUKA Leichtbauroboters an ein bildgestütztes Therapiesystem. Basierend auf den Ergebnissen einer abgeschlossenen Recherche existierender Standards sowie offener und proprietärer Schnittstellen, wurden relevante Standards identifiziert und benötigte Schnittstellen definiert sowie die Anforderungen an diese spezifiziert.

Als ein Ergebnis dieses Projektes wurde eine auf das offene Protokoll OpenIGTLink basiertes Schnittstellenkonzept aufgebaut und für die KUKA Sunrise Steuerung des LBR iiwa implementiert. Mittels dieser Schnittstellen kann eine Zustandsmaschine auf der Robotersteuerung bedient werden sowie die aktuelle Roboterlage gesendet werden. Die entstandene Software ist unter einer BSD-Lizenz auf GitHub veröffentlich und ist frei zugänglich.

Zusätzlich wurde als Beispiel Software zur Visualisierung und Ablaufsteuerung des Roboters ein 3D Slicer Modul entwickelt welches als Slicer Extension über den Extension-Manager zusätzlich installiert werden kann. Ein Tutorials zu der Verwendung des Slicer Moduls LightWeightRobotIGT sowie zur Einführung in das Schnittstellenkonzept stehen ebenfalls zur Verfügung.