Auswirkungen chirurgischer Assistenzsysteme auf die Leistung, Beanspruchung und das Situationsbewusstsein von Chirurgen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In den letzten Jahren haben computerbasierte Assistenzsysteme im Bereich der Chirurgie zunehmend an Bedeutung gewonnen. Ein Beispiel dafür liefern Navigationssysteme, die den Chirurgen bei der räumlichen Orientierung im Situs unterstützen. Dabei unterscheiden sich die Systeme in der Art der Funktionsallokation und damit ihrem Automationsgrad. Während sog. pointer-basierte Systeme nur zu diskreten Zeitpunkten eine augmentierte Darstellung der gegenwärtigen Position des chirurgischen Instruments in Relation zur Patientenanatomie liefern, sind aktuell entwickelte „navigiert-kontrollierte“ (navigated control, NC) Systeme in der Lage, die Position des chirurgischen Instruments kontinuierlich anzuzeigen und darüber hinaus auch Entscheidungen über chirurgische Handlungen zu unterstützen, indem Sie das chirurgische Instrument bei Erreichen vorher definierter Arbeitsraumgrenzen automatisch stoppen und so den Chirurgen bei dem Schutz von Risikostrukturen unterstützen. Bisherige Forschungsarbeiten zu derartigen Navigationssystemen haben sich vor allem auf Probleme der technischen Umsetzbarkeit sowie Analysen der Erfahrungen mit dem Einsatz dieser Systeme aus ersten klinischen Fallstudien konzentriert. Mit dem Abschluss des vorliegenden Projekts liegen nun erstmals Ergebnisse einer umfassenden ingenieurpsychologischen Analyse der Auswirkungen des Einsatzes dieser Systeme vor. Als Referenzmodell für die laborexperimentellen Untersuchungen wurde die Simulation einer Mastoidektomie, d.h. eines risikoreichen chirurgischen Eingriffs im Bereich des Felsenbeins, mit und ohne NC-Assistenz herangezogen. Insgesamt wurden drei Experimente durchgeführt. In den ersten beiden Experimenten wurde untersucht, inwieweit der Einsatz von NC-Systemen neben den zu erwarteten positiven Auswirkungen auf die Qualität chirurgischer Eingriffe und die Patientensicherheit auch neue Problembereiche und Fehlerrisiken mit sich bringen würde, wie sie aus anderen Bereichen in Zusammenhang mit der Nutzung von Assistenzsystemen bekannt sind (z.B. Verlust von Situationsbewusstsein; Übervertrauen; Probleme beim Erwerb bzw. Erhalt manueller Fertigkeiten) und inwieweit diese Auswirkungen von der Erfahrung der Chirurgen abhängen. Die Ergebnisse zeigen, dass der Einsatz der Systeme bei noch relativ unerfahrenen Chirurgen erwartungsgemäß zu positiven Effekten im Hinblick auf die Effektivität der Eingriffe und die Patientensicherheit führt. So waren chirurgische Novizen nur dann in der Lage, die simulierte Mastoidektomie ohne eine Verletzung von Risikostrukturen durchzuführen, wenn sie von dem NC-System unterstützt wurden. Zudem konnte gezeigt werden, dass der Einsatz des NC-Systems die physiologische Beanspruchung während des simulierten Eingriffs sowohl bei Novizen als auch Experten signifikant reduziert. Allerdings werden diese Vorteile bei beiden Gruppen durch eine deutlich verlängerte Operationszeit und eine signifikant erhöhte subjektive Beanspruchung „erkauft“. Bei Novizen kommt es zusätzlich zu einer Verlängerung der Reaktionszeit auf Sekundäraufgaben, was auf eine geringere Restkapazität bei Nutzung des Systems schließen lässt. Es kann angenommen werden, dass diese negativen Folgen direkt mit dem implementierten automatischen Stoppmechanismus zusammenhängen und damit ein Problem des direkten Eingreifens des Systems in den Handlungsablauf der Chirurgen widerspiegeln. Hinweise auf einen Verlust des Situationsbewusstseins in Folge der Nutzung der NC-Assistenz wurden kaum gefunden und zeigten sich nur ansatzweise bei chirurgischen Novizen. In einem dritten Experiment wurde untersucht, inwieweit der Einsatz computer-basierter Navigationsassistenz bereits im chirurgischen Training den Erwerb und Aufbau chirurgischer Fertigkeiten beeinträchtigen würde. Entgegen der Erwartung wurden zumindest für frühe Phasen des Fertigkeitserwerbs keinerlei negative Folgen des Einsatzes der Systeme gefunden. Dieses Projektergebnis hat direkte praktische Implikationen für den Einsatz computer-basierter Navigationssysteme im Rahmen der klinisch-praktischen Ausbildung von Chirurgen. Die im Rahmen eines Artikels in der wissenschaftlichen Zeitschrift „Human Factors“ (2011, Vol. 6) publizierten Projektarbeiten wurden von der amerikanischen Human Factors and Ergonomics Society (HFES) mit dem mit US$ 10.000 dotierten Human Factors Prize2011 for Excellent Research in Human Factors/Ergonomics ausgezeichnet (www.hfes.org/web/pubpages/hfprize.html). Öffentlichkeitswirksame Berichte zu dem Projekt erschienen in verschiedenen Zeitungen, Zeitschriften und Newslettern, darunter Berichte in Marburger Bund Zeitung (Ausgabe 6, April 2010), KTM – Krankenhaus Technik und Management (Ausgabe Januar/Februar 2011), tuintern (Ausgabe 5, Mai 2011).
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2009). Image-guided navigation: The surgeons’ perspective on performance consequences and human factors issues. International Journal of Medical Robotics and Computer-Assisted Surgery, 5, 297-308
Manzey, D. , Röttger, S., Bahner-Heyne, J.E., Schulze-Kissing, D., Dietz, A., Meixensberger, J. & Strauß. G.
- (2011). Auswirkungen von Navigated-Control (NC) Systemen auf die Leistung, die Beanspruchung und das Situationsbewusstsein bei der Durchführung einer simulierten Mastoidektomie. In: O. Burgert, J. Schipper & S. Zachow (Hrsg.), Tagungsband der CURAC 2011, 10. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Computer- und Roboterunterstützte Chirurgie e.V., Magdeburg, 15.-16. September 2011. (pp. 95-98). (ISBN: 978-3-940961-59-4)
Luz, M., Manzey, D., Müller, S., Dietz, A., Meixensberger, J. & Strauß, G.
- (2011). Automation in der Chirurgie: Human Factors Aspekte computerbasierter Navigation. In: Gesellschaft für Arbeitswissenschaft e.V. (Hrsg.). Mensch, Technik, Organisation – Vernetzung im Produktentstehungs- und –herstellungsprozess (S. 453- 457). Dortmund: GFA-Press. (ISBN: 978-3-93604-10-2)
Manzey, D., Luz, M. & Strauss, G.
- (2011). Automation in Surgery: The Impact of Navigated-Control Assistance on Performance, Workload, Situation Awareness, and Acquisition of Surgical Skills. Human Factors, 2011, 53, 584-599
Manzey, D., Luz, M., Mueller, S., Dietz, A., Meixensberger, J. & Strauss, G.
- (2011). Automationsfolgen computerbasierter Navigationssysteme für die Chirurgie. In: S. Schmid, M. Elepfandt, J. Adenauer & A. Lichtenstein (Hrsg.), Reflexionen und Visionen der Mensch-Maschine-Interaktion – Aus der Vergangenheit lernen, Zukunft gestalten. ZMMS Spektrum Band 33 mit CD-ROM, 2011 (pp. 26- 27). VDI-Verlag. (ISBN: 978-3-18-303322-5)
Luz, M., Müller, S., Strauß, G., Dietz, A., Meixensberger, J. & Manzey, D.
