Digital-Health-Podcast: Roboter misst Vitaldaten bei Gehirnerschütterung

Kinder, die mit einer Gehirnerschütterung in eine Klinik eingeliefert werden, müssen anfangs jede Stunde überwacht werden. Diese zeitintensive Aufgabe übernimmt nun testweise der Roboter Helga, entwickelt vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA. „Helga ist ein Roboter, der entwickelt wurde, um Vitaldaten der Patienten zu messen“, erklärt Dr. Birgit Graf, die seit über 25 Jahren an robotischen Assistenzsystemen für das Gesundheitswesen arbeitet.

Der Roboter fährt selbstständig ans Krankenbett, spricht die Kinder an und führt standardisierte Tests durch. „Es geht hier insbesondere um motorische Reaktionen, um verbale Reaktionen. Sind die Kinder noch ansprechbar?“, sagt Graf. Zusätzlich misst Helga Vitaldaten wie Puls und Pupillenreaktion und lässt die Kinder ihre Schmerzen auf einer Skala bewerten.

Die Klinik habe das Einsatzgebiet vorgeschlagen, weil die Aufgabe „sehr personalintensiv ist“, gleichzeitig aber „relativ unkritisch“, da nur selten tatsächlich Probleme auftreten und oft Eltern oder Begleitpersonen anwesend sind, erläutert die Fraunhofer-Expertin.

Pupillenmessung als technische Herausforderung

Besonders anspruchsvoll war die Entwicklung der automatisierten Pupillenmessung. „Da geht es ja letztlich darum, dass der Arzt mit einer kleinen Taschenlampe dem Patienten ins Auge leuchtet“, beschreibt Graf den herkömmlichen Test. Die Schwierigkeit: Wenn ein Auge beleuchtet wird, ziehen sich beide Pupillen zusammen – eine natürliche Kopplung, die der Roboter abbilden muss.

Das Team entwickelte ein neues Sensor-Setup mit zwei LEDs und einer Trennwand, um die Augen separat anzuleuchten. Eine Kamera mit Bildverarbeitung erkennt Iris und Pupille und berechnet deren Größenverhältnis. Dabei stellen unterschiedliche Augenfarben eine zusätzliche Herausforderung dar: „Wenn jemand ganz dunkle Augen hat, dann ist die Pupille kaum zu erkennen im Vergleich zu Iris“, sagt Graf.

Auch die Pulsmessung erfolgt berührungslos über eine Kamera, die Farbveränderungen im Gesicht erfasst, wenn das Blut durch die Adern pulsiert. „Das ist natürlich auch abhängig von der Gesichtsfarbe“, erklärt die Wissenschaftlerin die Komplexität der Bildverarbeitung.

Spielerische Elemente gegen Unruhe

Damit die Messungen gelingen, müssen die Kinder ruhig sitzen – für Sechsjährige keine leichte Aufgabe. „Die tun sich da sehr, sehr schwer“, berichtet Graf aus den ersten Tests. Die Lösung: spielerische Animationen. Für die Pupillenmessung entwickelte das Team ein Spiel, bei dem zwei Autos auf dem Bildschirm fahren. „Der Patient kann durch seine Kopfbewegung und wie er den Kopf nach oben und unten und rechts und links bewegt, die Autos in der Spur halten“, erklärt Graf. Hält das Kind den Kopf richtig, ist dieser optimal zur Sensorik ausgerichtet.

Das Design wurde in mehreren Iterationen mit Pflegekräften und Patienten getestet. „Es war tatsächlich auch eine ganz klare Forderung von der Klinik. Alle haben gesagt, Augen muss er unbedingt haben“, berichtet Graf. Grundsätzlich vertritt sie den Ansatz eines funktionalen Designs: „dass das Design widerspiegelt, wofür der Roboter gemacht ist, wozu er in der Lage ist.“

Ergänzung statt Ersatz

Der Sorge, dass Roboter menschliche Kontakte verdrängen könnten, begegnet Graf mit einem klaren Konzept: „Ich sehe es immer als Ergänzung und nicht als Ersatz der Pflegeleistung.“ Der Roboter könne eine oder mehrere Testreihen übernehmen, sodass das Personal „vielleicht nicht mehr jede Stunde rein“ müsse, „sondern eben jede zweite oder dritte“.

Der Hintergrund sei der Personalmangel in Kliniken. „Natürlich würde sich jeder wünschen, dass da jede Stunde eine freundliche Pflegerin reinkommt und die Tests durchführt, aber die Kliniken haben ein Riesenproblem, dass sie einfach nicht mehr genug Personal finden können“, so Graf.

Im aktuellen Testbetrieb wird Helga noch von einer Doktorandin begleitet, die zunächst manuell misst und dann die Roboter-Ergebnisse vergleicht. Die Rückmeldungen der Kinder seien „sehr positiv“, sie hätten „sehr viel Spaß, mit dem Roboter zu interagieren“.

Sicherheit hat oberste Priorität

Bevor Helga zum Einsatz kam, führte das Team eine umfassende Risikoanalyse durch. „Es darf natürlich keinerlei Gefährdung der Patienten auftreten“, betont Graf. Der Roboter ist mit Sensoren ausgestattet, die Hindernisse erkennen und ihn rechtzeitig anhalten lassen. Auch die LED-Beleuchtung für die Pupillenmessung wurde sorgfältig ausgewählt, damit keine Schädigungen entstehen, falls ein Fehler auftritt.

Für den Praxiseinsatz ist geplant, dass der Roboter nur den „perfekten Normalfall“ erkennt. „Sobald irgendwelche Zweifel auftreten, dass eine Messung nicht ganz hundert Prozent zuverlässig durchgeführt werden konnte“, würde Helga „direkt das Personal alarmieren“, erklärt Graf.

Eine praktische Herausforderung bleibt: geschlossene Türen. Derzeit öffnet die begleitende Doktorandin diese noch. Für die Weiterentwicklung prüft das Team zwei Lösungen – entweder automatisierte Türen, die per Funk mit dem Roboter kommunizieren, oder ein Roboterarm, der Türklinken greifen und öffnen kann. Letzteres hat das Fraunhofer IPA bereits in anderen Projekten umgesetzt.

Von der Reinigung bis zur Logistik

Über Helga hinaus sieht Graf großes Potenzial für Robotik im Krankenhaus. „Als erstes sehe ich sicherlich eine ganze Reihe von patientenfernen Tätigkeiten“, sagt sie. Reinigungsroboter für Böden seien bereits im Einsatz. Das Fraunhofer IPA entwickelte einen Roboter, der auch Kontaktflächen wie Türklinken, Lichtschalter und Handläufe reinigt.

Im Transportbereich könnten Roboter künftig nicht nur Blutproben oder Wäsche transportieren, sondern mit Greifarmen selbstständig Modulkörbe oder Pflegewagen be- und entladen. „Ich denke mal, da lässt sich noch ein sehr großer Mehrwert schaffen, wenn man sicherstellt, dass das Personal alle Materialien, die es für die Pflege vor Ort braucht, auch wirklich vor Ort verfügbar hat“, so Graf.

Ihre Vision für die Zukunft: „Ich würde den Roboter immer als Assistenten der Pflegekraft sehen, wie ein Azubi, der mitläuft.“ Bei komplexen Aufgaben wie dem Beziehen eines Bettes, wofür normalerweise zwei Pflegekräfte nötig sind, könne der Roboter zur Hand gehen.

Für die Körperpflege sieht Graf jedoch weiterhin Menschen als essenziell an. „Da spielt einfach die Empathie eine große Rolle, die der Roboter in der Form erst einmal nicht mitbringen kann“, erklärt sie. „Für die patientennahen Aufgaben auch im sensiblen Bereich ist aus meiner Sicht weiterhin ein Mensch essenziell.“