Step by Step Interaction: Optimierung der Fußsteuerung in der Augenchirurgie

Einleitung

In der modernen Augenchirurgie sind präzise und zuverlässige Steuerungssysteme unerlässlich. Diese Masterarbeit untersucht die Fußsteuerung in der Augenchirurgie und analysiert die relevanten Zeiss-Geräte, einschließlich des ARTEVO 800 mit RESCAN 700 und des 14-Funktionen-Fußschaltpults. Der theoretische Hintergrund bietet eine umfassende Übersicht über die Ophthalmologie und die spezifischen Anforderungen an die Fußsteuerung in der Augenchirurgie.

Die Recherche umfasst Desk Research zur Anatomie des Auges und des Fußes, STEEP-Analysen bestehender Fußsteuerungssysteme sowie Feldbeobachtungen bei Augenoperationen und Expertengespräche. Im Fokus steht die Prozess- und User Journey Analyse in der Vitrektomie, insbesondere beim Membranpeeling.

Die gewonnenen Erkenntnisse dienen der Entwicklung und Verfeinerung von Lösungsansätzen, welche in verschiedenen Tests (funktionale Oberflächengeometrie, Formgebung der Bedienelemente, 3D-Topologiebasierte Fußbewegung, rahmenbegrenzte Fußsteuerung) getestet und bewertet werden. Parallel werden weitere Lösungsansätze wie vibrotaktile Rückmeldungen sowie Zehgesten als Eingabemodalität durch Literatur untersucht.

Abschließend erfolgt die Ausarbeitung von sieben alternativen Lösungsansätzen und entsprechenden Gestaltungsprinzipien für Fußsteuerungsschnittstellen.

Dieses Masterprojekt entstand in Kooperation mit Carl Zeiss Meditec AG.

Designanforderungen

1. Einfachheit und Erlernbarkeit: Das Fußsteuerungssystem sollte intuitiv und leicht erlernbar sein, um eine schnelle und effiziente Bedienung zu ermöglichen.

2. Auffindbarkeit und sichere Auslösung: Alle Bedienelemente müssen schnell und präzise gefunden werden können, ohne dass der Bediener auf den Fußcontroller schauen muss (Hatscher et al., 2018), um eine sichere und gefühlvolle Auslösung zu gewährleisten.

3. Ergonomische Neutralität und Ermüdung: Die Gestaltung des Fußsteuerungssystems muss die ergonomische Neutralität des Körpers unterstützen, die Flexibilität des Sprunggelenks maximieren und Ruhepositionen ermöglichen, um Ermüdung zu vermeiden:
Keine statische Haltung (Van et al., 2003)
Maximale Dorsalflexion von 25° (Van et al., 2003)
Minimale Häufigkeit der Dorsalflexion (Van et al., 2003)
Maximale Aktivierungskraft von 10 N (Van et al., 2003)
Möglichst gleichmäßiger Druck auf beide Füße (Betsch et al., 2020)
Füße etwa hüftbreit auseinander (Betsch et al., 2020)
Beide Hüften auf gleicher Höhe (Kent, 2011)

4. Steuerbarkeit und Präzision: Der Fußcontroller muss vor, zwischen und nach den Aktionen ausreichend Hinweise geben, um eine präzise Ausführung der Befehle zu gewährleisten.

Lösungsansätze

1. 3D-Topologiebasierte Fußbewegung
Verwendung einer dreidimensionalen topologischen Oberfläche, die durch natürliche Drehung des Unterschenkels erzeugt wird, um ergonomische Neutralität zu gewährleisten, die Orientierung zu verbessern und mehr Steuerungsmöglichkeiten zu bieten.

2. Akustische Rückmeldung
Verwendung geeigneter akustischer Signale, um nur zielgerichtete Informationen an relevante Personen zu übermitteln und eine Informationsüberflutung im Operationssaal zu vermeiden.

3. Bedienfähigkeit der einzelnen Fußbereiche
Zuordnung geeigneter Aufgaben zu verschiedenen Fußbereichen, um zusätzliche, aber natürliche Steuerungsmöglichkeiten zu bieten.

4. Bedienung durch Rotation des Fußes
Ermöglichung der Steuerung durch Fußdrehung, um eine sichere Auslösung und ergonomische Neutralität zu gewährleisten.

5. Funktionale Oberflächengeometrie der Bedienelemente
Funktionalisierung der Außenflächen der Fußsteuerung durch haptische Oberflächengeometrie zur Verbesserung der haptischen Wahrnehmung, Bedienung und Führung.

6. Vibrotaktile Rückmeldung auf der Fußsohle
Einsatz von geeigneten Vibrationen an der Fußsohle, um nur gezielte Informationen an relevante Personen zu übermitteln und eine Informationsüberflutung im Operationssaal zu vermeiden.

7. Zehgesten als Eingabemodalität
Nutzung von Zehen-Extension und -Flexion als Eingabemodalität, um zusätzliche präzise Steuerungsmöglichkeiten zu bieten, ohne den Fuß bewegen zu müssen.

Ausblick

Die Ergebnisse dieser Arbeit bilden die Grundlage für weiterführende Forschung und Entwicklung im Bereich der Fußsteuerung in der Augenchirurgie. Zukünftige Studien sollten sich darauf konzentrieren, die ergonomischen und funktionalen Aspekte der entwickelten Lösungsansätze weiter zu verfeinern und in klinischen Studien zu validieren. Besonders vielversprechend sind dabei die Nutzung von Zehgesten sowie die Untersuchung der Präferenz von vibrotaktilen Rückmeldungen auf der Fußsohle im Vergleich zu den Fingern, da diese das Bedienerlebnis und die Präzision bei chirurgischen Eingriffen erheblich verbessern könnten.

Aufgrund der Kapazitätsbeschränkungen dieser Masterarbeit wurde ausschließlich die Fußsteuerung für ein einzelnes Fußsteuergerät in Operationsmikroskopen und intraoperativem OCT thematisiert. In der Praxis erfordern jedoch viele chirurgische Eingriffe, wie die Vitrektomie, die Steuerung mehrerer Geräte, die unterschiedliche Fußsteuerungen benötigen. Daher sollte in zukünftigen Entwicklungen die einheitliche Integration beider Füße in das Steuerungssystem berücksichtigt werden, um eine kohärente und effizientere Bedienung zu gewährleisten.

Bildquellen

[1] Poster Mock-Up, in Anlehnung an rawpixel.com. (o. D.). Fluid art poster mockup psd on the wall DIY experimental art. Freepik. https://www.freepik.com/premium-psd/fluid-art-poster-mockup-psd-wall-diy-experimental-art_18764017.htm#query=poster%20mockup&position=2&from_view=keyword&track=ais_user&uuid=938a621b-6f17-40cd-88ea-cce5061b2f37