音声制御ロボット支援手術の新境地

※本記事は、DSP Concepts社のエンジニアが作成したブログをマクニカで和訳したものになります。

ロボット支援手術は、ここ数十年で最も大きな医学的ブレークスルーの1つです。これらのシステムを使用することで、外科医は強力な拡大率を実現する視点制御にアクセスし、人間の手では太刀打ちできないレベルの精度で手術をおこなうことができ、より小さな傷を迅速に治癒させることができます。これらの処置が先進的であるにもかかわらず、現在のロボット支援手術は、機械の手動による位置決め、外科医から看護師への音声による指示、およびプロセスを遅らせる頻繁な中断に大きな課題があります。しかし、著名なロボット外科医からの最近のコメントは、解決策への道を示しています。それは、すでに何百万台ものスマートスピーカーに搭載されているのと同じ技術の一部を利用することだと言っています。

ロボット支援手術では、外科医はビデオモニターと超精密なハンドヘルドコントロールを含む制御システムの中に座っています。必要なロボットアームや器具の設定や位置変更は、執刀医がおこなうことはできず、実際には手術台にいる外科助手がおこないます。この助手は、手術中に頻繁にロボットアームを所定の位置に移動させ、手動で位置を変更しなければなりません。また、カメラの調整や清掃も頻繁におこなわなければならず、これらはすべて、ロボット手術システムに組込まれた低品質のマイクとスピーカーから発せられる音声コマンドに基づいておこなわれています。しかし、外科助手は厳格な滅菌手順に従って「洗浄」されているため、システムのコントロールに触れることはできません。滅菌された手術用ドレープで覆われたアームを調整することしかできないのです。滅菌されていない部分を操作するには、「洗浄」されていない別の看護師が必要になります。


外科医から他のスタッフへの口頭の指示に依存することは、手術室では特に問題になる可能性があります。ほとんどの手術室では、通常、一度に多くの機械が稼働しており、麻酔器は常にビープ音を鳴らし、人工呼吸器や吸引器はヒューヒューと音を立てています。また、ほとんどの部屋には強力な換気システムが装備されており、常にバックグラウンドノイズが発生します。また、さまざまなスタッフの間で複数の議論がおこなわれていることもあり、オーバーヘッドスピーカーからのアナウンスが常に流れています。このようなノイズがあると、頻繁に気が散ることになり、環境としてもよくありません。

「手術室でのコミュニケーションは非常に重要なので、手術室では高品質の音声が不可欠です」と語るのは、フィラデルフィアにあるテンプル大学病院のロボット外科部長で、この分野の著名な講師兼教育者であるDaniel Eun博士です。「誤解を避けるためには、自分が何を言っているのか、何を求めているのかを明確に聞き取る必要があります」とも語っています。

これらのシステムの複雑さは、外科医にさらなる要求を課します。制御システムディスプレイのパラメーターやモードの変更、画像検査の参照、医療記録の確認、他の部門への連絡など、実際の手術以外のすべてのタスクでは、外科医は制御システムから離れ、場合によっては立ち上がって別の部屋に移動する必要があります。このような場合、手術は一時停止してから再開しなければならず、外科医の集中力が途切れてしまいます。

こうした問題の多くは、高度な音声処理機能をロボット支援手術システムに追加することで解決できます。例えば、DSP ConceptsAlexa認定TalkToテクノロジーは、今日のスマートスピーカーに搭載されている音声コマンド機能を簡単かつ迅速に統合しますが、高いレベルの干渉ノイズが存在する場合でも、コマンドを拾う機能が強化されています。TalkToは、音声コマンドシステムの効率を高めるために、多くの音声処理機能を組み合わせています。マルチマイクロフォンアレイと併用することで、ビームフォーミングは外科医の声に焦点を当て、他の方向から届く音を排除します。また、ノイズリダクションにより、音声コマンドシステムに対してはるかにクリアで正確な信号を提供します。TalkToは、人間の耳ではコマンドを識別できないようなノイズが存在する場合でも、部屋の向こうから囁かれたコマンドを拾うことができます。

これらの高度なオーディオ機能を追加することで、その多くは現在消費者の家庭にある何百万もの製品ですでに実証されており、ロボット支援手術システムはさらに効率的になり、外科医や看護師の仕事量とストレスを軽減し、最終的にはより効果的で一貫した手術手順を実現することができます。最近のデジタルオーディオハードウェアのサイズとコストの削減により、医療製品業界は、実質的にどのような種類のデバイスでも、より良いオーディオ品質とより高度な制御機能を迅速かつ手頃な価格で提供できるようになりました。


DSP Conceptsは、ロボット支援手術の先駆者と協力して、高度なオーディオ機能の利点を世界中の医療施設にもたらすことを楽しみにしています。価値のあるオーディオ機能の組み込みは、Audio of Things向けのローコードでハードウェアに依存しない製品開発プラットフォームであるAudio Weaverを使用して合理化できます。これは、マイクやスピーカーを使用するあらゆるデバイスにサウンドと音声の機能を提供する幅広いオーディオ処理テクノロジーを表します。


Audio Weaverで利用できる処理ブロックはモジュールと呼ばれ、マイクの信号処理に限定されません。例えば、Audio Weaverから利用できる一連の出力機能であるPlayPackは、DSP Conceptsによって設計されたアルゴリズムを提供し、多くの再生システムの制約を克服して、最高のオーディオ品質と理解度を提供します。Playpackモジュールは、音量の変化を最小限に抑え、歪みのない目標の音響レベルを維持するためにダイナミックレンジをリアルタイムで調整するため、医療機器に組み込まれた比較的コンパクトなスピーカーでも、驚くほど鮮明な音を提供できます。

Audio Weaverは、550以上のオーディオ処理モジュールの中のこれらのモジュールやその他のモジュールを通じて、製品メーカーがハードウェアで達成できる最大のパフォーマンスを、使いやすい画面上のGUIを通じて実現できるようにします。

ロボット支援手術システムのコンソールに高品質の音声信号を送信するための機能を組込むことは、外科医と看護師との間の音声通信の精度を大幅に向上させることができ、そのような危機的な環境での合併症を減らすのに役立つ音声コマンド機能を可能にすることです。

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