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Purpose In current clinical practice, intraoperative repositioning of mobile C-arms is challenging due to a lack of visual cues and efficient guiding tools. This can be detrimental to the surgical workflow and lead to additional radiation burdens for both patient and personnel. To overcome this problem, we present our novel approach Lidar-based X-ray Positioning for Mobile C-arms (RAY-POS) for assisting circulating nurses during intraoperative C-arm repositioning without requiring external aids. Methods RAY-POS consists of a localization module and a graphical user interface for guiding the user back to a previously recorded C-Arm position. We conducted a systematic comparison of simultaneous localization and mapping (SLAM) algorithms using different attachment positions of light detection and ranging (LIDAR) sensors to benchmark localization performance within the operating room (OR). For two promising combinations, we conducted further end-to-end repositioning tests within a realistic OR setup. Results SLAM algorithm gmapping with a LIDAR sensor mounted 40 cm above the C-arm’s horizontal unit performed best regarding localization accuracy and long-term stability. The distribution of the repositioning error yielded an effective standard deviation of 7.61 mm. Conclusion We conclude that a proof-of-concept for LIDAR-based C-arm repositioning without external aids has been achieved. In future work, we mainly aim at extending the capabilities of our system and evaluating the usability together with clinicians.

Purpose Today’s hospitals are designed as collections of individual departments, with limited communication and collaboration between medical sub-specialties. Patients are constantly being moved between different places, which is detrimental for patient experience, overall efficiency and capacity. Instead, we argue that care should be brought to the patient, not vice versa, and thus propose a novel hospital architecture concept that we refer to as Patient Hub. It envisions a truly patient-centered, department-less facility, in which all critical functions occur in the same building and on the same floor. Methods To demonstrate the feasibility and benefits of our concept, we selected an exemplary patient scenario and used 3D software to simulate resulting workflows for both the Patient Hub and a traditional hospital based on a generic hospital template by Kaiser-Permanente. Results According to our workflow simulations, the Patient Hub model effectively eliminates waiting and transfer times, drastically simplifies wayfinding, reduces overall traveling distances by 54%, reduces elevator runs by 78% and improves access to quality views from 67 to 100% for patient rooms, from 0 to 100% for exam rooms and from 0 to 38% for corridors. In addition, the interaction of related medical fields is improved while maintaining the quality of care and the relationship between patients and caregivers. Conclusion With the Patient Hub concept, we aim at rethinking traditional hospital layouts. We were able to demonstrate, alas on a proof-of-concept basis, that it is indeed feasible to place the patient at the very center of operations, while increasing overall efficiency and capacity at the same time and maintaining the quality of care.

Die digitale Transformation des Gesundheitswesens wird unseren Berufszweig wesentlich verandern und schickt sich an, die onkologische Chirurgie zu revolutionieren. Die vorliegende Arbeit ist bemuht, eine neutrale Ubersicht uber die zentral betroffenen Bereiche und die hier bereits umgesetzten und in Zukunft zu erwartenden Veranderungen zu geben. Der Ubersichtsbeitrag berucksichtigt die aktuelle Literatur, Expertendiskussionen und Kongressinhalte. Der Fokus liegt hierbei auf der Indikationsstellung und der operativen Versorgung, wohingegen allgemeine Aspekte nur kurz abgehandelt werden. Digitalisierung bedeutet primar eine umfassende Bereitstellung von Daten, die im Rahmen des Behandlungsprozesses kontinuierlich und strukturiert erganzt werden. Diese erlauben eine fundierte Entscheidungsunterstutzung und die Einbindung assistierender Funktionen. Insbesondere im chirurgischen Operationssaal ergeben sich potente Werkzeuge der Prazisionsmedizin. Die Digitalisierung der onkologischen Chirurgie bietet zahlreiche Ansatze, die Behandlung unserer Patienten zu verbessern. Eine aktive, aber auch kritische Begleitung ist gefordert, der Patient muss hierbei im Fokus der Bemuhungen stehen.

Verfahren der kunstlichen Intelligenz werden auch in der Allgemein- und Viszeralchirurgie spezielle Anwendungsfelder finden, die nicht nur auf die eigentliche Tatigkeit im chirurgischen Operationssaal begrenzt sind, sondern sich auch auf alle perioperativen Prozesse, die Edukation und das Training, sowie die wissenschaftliche Weiterentwicklung erstrecken. Besondere Impulse werden fur die Bereiche Entscheidungsunterstutzung, kognitives kollaborierendes Interventionsumfeld und neue Formen der wissenschaftlichen Evidenzgewinnung erwartet. Die praktische Implementierung verlangt nicht nur profunde informationswissenschaftliche Kenntnisse, sondern auch die souverane Beherrschung der chirurgischen Wissensdomane, sodass eine neue Kultur der Kooperation zwischen Chirurgen und Forschern/Entwicklern gefordert werden muss.

Das „magische Dreieck“ in der Chirurgie und anderen Fachern besteht aus der Forderung nach immer schonenderen Therapieformen, gleichzeitiger Kostenreduktion und dem prinzipiellen Primat der Verbesserung der Ergebnisqualitat. Die Digitalisierung der Medizin bietet hierbei, auch im Sinne der „Chirurgie 4.0“, eine aussichtsreiche Chance, dem gerecht zu werden. Ziel ist hier die Schaffung einer kognitiven, kollaborativen Diagnose- und Therapieumgebung zur Unterstutzung des Chirurgen. Die Modellbildung bildet im Sinne eines „Theoriegebaudes“ fur Analyse und Planung den Grundpfeiler einer modernen Therapieplanung. Hier soll vor allem zwischen Patientenmodell und Behandlungsmodell unterschieden werden. Auch der Ablauf der eigentlichen chirurgischen Behandlung kann modelliert werden: Prinzipiell ist es moglich, den Verlauf einer Operation so feingranular zu beschreiben, dass der Operationsablauf bis auf den einzelnen Einsatz einer Pinzette abgebildet und nachvollzogen werden kann. In Grundzugen ist dies bereits jetzt schon verwirklicht. Auch sog. „neuronale Netze“ eroffnen vollig neue Formen des Erkenntnisgewinns, des maschinellen Lernens und der flexiblen Reaktion auf alle fast nur denkbaren Moglichkeiten in hochkomplexen Ablaufen. „Digitalisierung“ stellt eine notwendige Entwicklung in der Chirurgie dar. Sie bietet nicht nur unzahlige Moglichkeiten der Unterstutzung des Chirurgen in seinem Tatigkeitsfeld, sondern auch die Chance der exakteren Datenerfassung im Hinblick auf die akademische Chirurgie. Die Modellbildung ist hierbei unverzichtbarer Bestandteil und muss hierzu stringent durchgefuhrt und weiterentwickelt werden.

Purpose During the COVID-19 pandemic, a threatening bottleneck of medical staff arose due to a shortage of trained caregivers, who became infected while working with infectious patients. While telemedicine is rapidly evolving in the fields of teleconsultation and telesurgery, proper telediagnostic systems are not yet available, although the demand for contactless patient–doctor interaction is increasing. Methods In this project, the current limitations were addressed by developing a comprehensive telediagnostic system. Therefore, medical examinations have been assessed in collaboration with medical experts. Subsequently, a framework was developed, satisfying the relevant constraints of medical-, technical-, and hygienic- aspects in order to transform in-person examinations into a contactless procedure. Diagnostic steps were classified into three groups: assisted procedures carried out by the patient, teleoperated examination methods, and adoptions of conventional methods. Results The Telemedical Diagnostic Framework was implemented, resulting in a functional proof of concept, where potentially infectious patients could undergo a full medical examination. The system comprises, e.g., a naso-pharyngeal swab, an inspection of the oral cavity, auscultation, percussion, and palpation, based on robotic end-effectors. The physician is thereby connected using a newly developed user-interface and a lead robot, with force feedback control, that enables precise movements with the follower robot on the patient’s side. Conclusion Our concept proves the feasibility of a fully telediagnostic system, that consolidates available technology and new developments to an efficient solution enabling safe patient-doctor interaction. Besides infectious situations, this solution can also be applied to remote areas.

Die Fortschritte in der Digitalisierung und der Informationsverarbeitung nehmen auch Einfluss auf die interventionelle Medizin. Sich dieser Entwicklung anzupassen, wird eine zentrale Herausforderung der modernen (onkologischen) Chirurgie sein, um weiterhin optimierte Therapieverfahren anbieten zu konnen. Im Hinblick auf die technologische Entwicklung innerhalb und auch auserhalb der Medizin schlagen die Autoren eine „Chirurgie 4.0“ vor, die ein besonderes Augenmerk auf die Sammlung, Aufbereitung und Analyse von perioperativen Daten legt, um durch intelligente Assistenzsysteme die Eingriffe effizienter und sicherer zu machen. Hierzu werden – bezogen auf die 3 operativen Phasen Planung, Durchfuhrung und Nachbehandlung – die Bedeutung der Datengenerierung, Analyse und Interpretation und die moglichen Anwendungen fur kontextsensitive mechatronische oder softwarebasierte Unterstutzungssysteme dargestellt.

Minimal-invasive Eingriffe werden immer komplexer – eine entsprechende Weiterentwicklung der menschlichen Geschicklichkeit ist jedoch nicht moglich. Mechatronische Assistenzsysteme haben das Potenzial, die Geschicklichkeit uber naturliche Grenzen hinaus zu erweitern. Die aktuelle Verwendung von universellen Chirurgiesystemen ermoglicht es jedoch noch nicht, auf eingriffs- und patientenspezifische Besonderheiten einzugehen. Ziel ist es daher, die Auslegung mechatronischer Supportsysteme und deren Integration in den chirurgischen Workflow als Teil einer prazisen, praoperativen Therapieplanung einzubeziehen. Es soll erreicht werden, dass nicht mehr der Patient einer Operationsmethode angepasst, sondern vielmehr die Operation individuell an die besonderen Patientenvoraussetzungen adaptiert wird. Nach der Analyse bestehender Robotersysteme in der Chirurgie werden aktuelle Forschungsarbeiten auf diesem Gebiet vorgestellt und in den aktuellen Kontext gesetzt. Moglichkeiten fur zukunftige Anwendungen werden aufgezeigt. Mittels automatisierter Auslegung und additiver Fertigung lassen sich individualisierte Manipulatorsysteme fur minimal-invasive Eingriffe realisieren. In Kombination mit angepassten Softwaremodulen entstehen somit adaptive mechatronische Supportsysteme, die individuell auf Patient, Operateur und Eingriff zugeschnitten sind. Individualisierbare Medizintechnik wird durch neue Technologien immer realistischer. Derzeit erfolgt die erste klinische Evaluierung individuell angepasster Hardwarelosungen. Erste Softwarekonzepte zeigen zudem den Weg hin zu kognitiven Assistenzsystemen und zu deren Integration in ein vernetztes OP-Umfeld auf.

Die laparoskopische Cholezystektomie (CHE) ist heute eine hochstandardisierte, wenig traumatisierende und sichere Behandlungsform der Cholelithiasis. Dessen ungeachtet wurde immer wieder nach neueren interventionellen Optionen gesucht. Der Einsatz von mechatronischen Systemen („Roboter“) wurde fur die Kamerafuhrung und sogar fur die Ausfuhrung aller Operationsschritte untersucht. Kamerafuhrungssysteme der 1. und 2. Generation haben sich nicht durchsetzen konnen. Intelligente Gerate der 3. Generation haben kunftig moglicherweise das Potenzial fur eine deutliche Kostenreduktion. Der Einsatz von Telemanipulationssystemen ist heute weder von den Kosten noch durch irgendwelche Vorteile bei der Durchfuhrung der Operation zu rechtfertigen. Dies konnte sich erst andern, wenn wesentlich preisgunstigere, aber leistungsfahigere „kollaborative“ Systeme den operativen Workflow optimieren und das Sicherheitsniveau heben wurden. Modifikationen der laparoskopischen Technik wurden in Form der Reduced-Port- (Einsparung von 1 oder 2 Trokaren) oder der Monoporttechnik untersucht. Der instrumentelle und zeitliche Aufwand ist ebenso wie bei der sog. „Minilaparoskopie“ deutlich hoher, ohne dass ein echter Vorteil fur den Patienten bisher belegt werden konnte. Eine wirklich disruptive Option schien sich vor etwa 10 Jahren mit dem Konzept der narbenlosen CHE abzuzeichnen. Inzwischen ist klar, dass dieser Ansatz – auch in der Variante als sog. „starre“ CHE im Rahmen einer „natural orifice transluminal endoscopic surgery“ (NOTES) bisher noch keinen Durchbruch erzielen konnte. Die inzwischen aber bereits erreichten Fortschritte bei der technischen Realisierung lassen annehmen, dass bald eine uberzeugende neue Option fur die CHE klinisch verfugbar sein wird.

Die Realisierung des Operationssaals der Zukunft setzt die Integration aller Gerate in ein umfassendes Uberwachungs- und Steuerungssystem voraus. Heute existieren zahlreiche monolithische integrierte Operationssaalsysteme als proprietare Losungen, die alle aber nur einen relativ geringen Teil der Gesamtfunktionalitat abdecken. Weltweit gibt es derzeit mindestens drei Initiativen mit dem Ziel, eine wirklich umfassende Systemintegration und Vernetzung im Operationssaal zu verwirklichen: das japanische Smart Cyber Operating Theater (SCOT), das amerikanische Medical Device „Plug-and-Play“ Interoperability Programme (MDPnP) und das „Sichere und dynamische Vernetzung in Operationssaal und Klinik“ OR.NET-Projekt in Deutschland, gefordert durch das Bundesministerium fur Bildung und Forschung. Im Rahmen des wohl auch international fuhrenden OR.NET-Programms konnten prototypisch Losungsansatze realisiert werden, die kurz- bis mittelfristig einen umfassenden Daten- und Informationszufluss an ein zentrales Uberwachungs- und Steuerungssystem erwarten lassen. Eine aktive, unter Umstanden sogar autonome Kontrolle der Peripheriegerate durch das zentrale Uberwachungs- und Steuerungssystem im Sinne einer „closed loop“ wird dagegen vor allem aufgrund der regulatorischen Hurde erst langfristig zu erwarten sein.