Kontaktlose und wahrnehmungsbasierte Benutzerschnittstellen in der Operationsumgebung durch Anwendung der 3D-Bildverarbeitung

Autor*in: Stephan Wilhelm Schröder

ISBN: 978-3-95900-054-3

Dissertation, Leibniz Universität Hannover, 2015

Herausgeber*in der Reihe: Eduard Reithmeier

Band-Nr.: imr 03/2015

Umfang: 210 Seiten, 81 Abbildungen

Schlagworte: Kontaktlos, MMI, OP-Saal, OP-Leuchte, OP-Tisch, Gestensteuerung, Gebrauchstauglichkeit, 3D-Bildverarbeitung, TOF, Punktwolke, ICP, SAC-IA, biometrisch

Kurzfassung:  Wahrnehmungsbasierte Benutzerschnittstellen integrieren natürliche Ausdrucksformen, wie z.B. Handgesten, die durch 3D-Bildverarbeitung kontaktlos detektiert werden können. Diese gewinnen in der OP-Umgebung, besonders durch Einhaltung der Asepsis, gegenüber herkömmlichen Benutzerschnittstellen (Fernbedienung, Tablet) an Bedeutung. Kann dadurch eine sichere und effiziente Interaktion erfolgen, nimmt dies positiven Einfluss auf die Qualität der Patientenversorgung.

Es wird zunächst eine Analyse bestehender Mensch-Maschine-Interaktion (MMI) in Bezug auf die OP-Geräte, den OP-Tisch und die OP- Leuchte durchgeführt. Diese beschreibt im Besonderen die Einflüsse multimodaler Interaktionsformen vor dem Hintergrund kognitiver Ressourcenmodelle des Menschen. Die 3D-Bildverarbeitung wird auf Grundlage von Tiefenbilddaten durchgeführt, die durch die Structured Light und Time-of-Flight- (TOF) Technologie gewonnen werden.

Die Benutzerschnittstellen werden durch ein Interaktionskonzept, welches sich in einen Autorisierungsprozess und zwei Objektinteraktionskonzepte gliedert, erzeugt. In ersterem wird die örtliche Beschreibung der Interaktionspartner ermöglicht. In einem infrastrukturellen Messaufbau mit vier Sensoren, wird dazu die Objekt- und Personendetektion in 3D-Punktwolken durch Einsatz z.B. des ICP und SAC-IA Algorithmus realisiert. Es wird ebenfalls ein Personenklassifikator auf Grundlage biometrischer Merkmale erstellt. Die Objektinteraktionskonzepte sind durch eine direkte und kontaktlose Steuerung ohne grafische Nutzeroberfläche charakterisiert. Durch jeweils einen Tiefensensor und eine modellbasierte Bewegungserkennung, können Gesten erkannt und Gerätefunktionen zugeordnet werden.

In Benutzertests kann gezeigt werden, dass die Interaktionssicherheit durch den Autorisierungsprozess deutlich gesteigert und damit ein häufiges Integrationsproblem gelöst werden kann. Ebenfalls erfolgt die kontaktlose Interaktion mit den vorgestellten Schnittstellen (OP-Tisch, OP-Leuchte) effizienter und mit einer höheren Zufriedenstellung gegenüber herkömmlichen Steuerungen. Das vorgestellte MMI-Konzept zeigt darüber hinaus, durch geringe Kosten und modularen Aufbau, ein hohes Integrationspotential in bestehende OP-Umgebungen.