Prospektive Studie zur Ergonomie bei der Verwendung eines Roboter-Exoskops mit kopfgetragenem Display

Abstract-Text deutsch

Einleitung

Konventionelle Mikroskope sind seit Jahrzehnten ein fester Bestandteil der modernen Neurochirurgie. Aufgrund des weitgehend unveränderten Designs mit fest am Gerät angebrachten Okularen wurden jedoch einige Nachteile in Bezug auf Körperhaltung und Ergonomie geltend gemacht. Monitorgestützte Exoskope bieten eine physiologischere Körperhaltung mit möglichen Vorteilen für Patient:in und Chirurg:in. Ziel dieser Studie war es, die Ergonomie, Benutzerfreundlichkeit und den Komfort eines neuen Roboter-Exoskops mit "head-mounted-Displays (HMD)" in einem standardisierten Setting zu bewerten.

Methoden

Insgesamt 34 Neurochirurg:innen, die mit dem Gerät nicht vertraut waren, testeten im Rahmen eines Workshops ein Exoskop, das über ein kopfgetragenes Display und ein durch Kopfgesten ausgelöstes Bedienfeld gesteuert wird. Nach Abschluss einer eigens angefertigten mikrochirurgischen 10-Schritt-Übung wurde ein Fragebogen zur Bildqualität und zum Komfort beantwortet. Die Körperhaltung und die Leistung der Teilnehmer:innen während des Eingriffs wurden mit einer Software zur Videobewegungsanalyse untersucht.

Ergebnisse

Es wurden 34 Teilnehmer:innen mit einer mittleren neurochirurgischen Erfahrung von 6 Jahren eingeschlossen. Die mediane Zeit für die Durchführung der Übung betrug 12 Minuten (Interquartilsbereich [IqR] 9,4;15,0). Für die Schritte 6-10 wurde signifikant weniger Zeit benötigt als für die Schritte 1-5, insbesondere bei jüngeren Teilnehmer:innen (p=0,005) und solchen mit Videospielerfahrung (p=0,03). Insgesamt berichteten die Teilnehmer:innen über keine größeren Schwierigkeiten bei der Verwendung des Exoskops, wobei die Zufriedenheit mit dem Gerät im Median bei 80% und mit der Bildqualität bei 82% lag. 88% der Teilnehmer:innen fühlten sich nach dem Workshop sicher genug, das Exoskop im OP mit technischer Unterstützung zu verwenden. Die mediane koronare Verschiebung des Oberkörpers sowie die Verschiebung des Kopfes aus der neutralen Körperhaltung betrug 0° [IqR -3,5 bzw. 0,2;]. Teilnehmer:innen mit weniger mikrochirurgischer Erfahrung zeigten während der Übung eine geringere Auslenkung aus der neutralen Körperachse (p=0,01).

Diskussion

Das robotische Exoskop wurde von den Teilnehmer:innen in Bezug auf Benutzerfreundlichkeit und Bildqualität sehr gut angenommen. Mithilfe des mikrochirurgischen Trainingstools konnten wir eine steile Lernkurve mit ausreichender Erlernbarkeit der wichtigsten Befehle abbilden. Das Exoskop zeichnete sich auch durch eine ergonomisch günstige Haltung aus und könnte aufgrund des höheren Komforts eine effiziente Alternative zu konventionellen Mikroskopen werden.

Abstract-Text englisch

Introduction

Conventional microscopes have been an integral part of modern neurosurgery for decades. Nevertheless, due to the largely unchanged design with fixed eyepieces attached to the device, some disadvantages in terms of posture and ergonomics have been claimed. Monitor-based exoscopes could solve this problem and thereby lead to less work-related sick leave for surgeons. The aim of this study was to assess the ergonomics, usability, and neurosurgeon"s comfort of a novel three-dimensional head-mounted display-based exoscope in a standardized setting. 

Material/Methods

A total of 34 neurosurgeons naïve to the device participated in a workshop on the exoscope, which features a head-mounted display and a head gesture-triggered control panel. After completion of a custom-made 10-step microsurgical exercise, a questionnaire was answered with regard to image quality and comfort. Participants' posture and performance during the procedure were analyzed using video motion analysis software.

Results

34 participants with a median neurosurgical experience of 6 years were included. The median time to complete the exercise was 12 minutes (inter-quartile range [IqR] 9.4, 15.0). Significantly less time was needed for steps 6-10 compared to steps 1-5, especially in younger participants (p=0.005) and those with video game experience (p=0.03). Overall, participants reported no major difficulties using the exoscope, with median satisfaction at 80% for the device in general and 82% for image quality. 88% of the participants would feel safe to use the RoboticScope in the OR with technical assistance.  The median coronal displacement of the upper body as well as the head displacement from the neutral axis was 0° [IqR -3, 5 and 0, 2; respectively. Participants with less microsurgical experience showed less head and body displacement during the exercise (p=0.01).

Discussion

The robotic exoscope showed high participant approval in terms of ease of use and image quality. Using the microsurgical training tool, we were able to map a steep learning curve with sufficient learnability of key commands. The exoscope was also characterized by an ergonomically favorable posture and could become an alternative to conventional microscopes due to the potentially higher comfort for the surgeon.