OP-Assistenzsystem vom Fraunhofer IPA Roboter hilft bei Biopsie

Das neue Assistenzsystem benötigt nur fünf Minuten, um die Nadel zu platzieren.
Das neue Assistenzsystem benötigt nur fünf Minuten, um die Nadel zu platzieren.

Bei einer Biopsie ist es sehr schwierig und zeitaufwendig die Interventionsnadeln optimal zu positionieren. Doch künftig könnte ein Roboter den Vorgang erleichtern: Ein Arzt braucht etwa 30 Minuten, um die Nadel richtig zu positionieren. Mit dem Assistenzsystems klappt das in nur fünf Minuten.

Die Ultraschalluntersuchung zeigt einen Schatten auf der Leber. Vielleicht ein Tumor? Oft kann nur eine Biopsie für Gewissheit sorgen. Mit einer langen Nadel entnimmt der Arzt ein Stück des vermeintlich bösartigen Gewebes und lässt es im Labor untersuchen. Es ist jedoch schwierig und zeitaufwendig die Nadel für die Entnahme präzise zu platzieren, denn es muss sichergestellt sein, dass der Arzt den Tumor auch erwischt und nicht an der falschen Stelle gesundes Gewebe entnimmt. Außerdem darf die Nadel Adern, Nervenbahnen und Organe wie die Lunge nicht verletzen. Knochenartige Strukturen wie die Rippen kann sie dagegen gar nicht erst durchdringen. Um einen Überblick zu erhalten, macht der Arzt zunächst eine Computertomographie-Aufnahme und manövriert anhand der Ergebnisse die Nadel an die richtige Stelle. Auch bei den verschiedenen Therapiearten kommen die Nadeln zum Einsatz: Hitze, Kälte oder hochenergetische Strahlen werden gezielt in das erkrankte Gewebe geleitet, um den Tumor zu zerstören.

Künftig könnte das Verfahren mit Hilfe eines Roboterarms jedoch erleichtert werden. Er wurde von den Forscher der Fraunhofer-Projektgruppe für Automatisierung in der Medizin und Biotechnologie PAMB des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung IPA und des Fraunhofer-Instituts für Bildgestützte Medizin MEVIS an die Aufgabe angepasst. Laut Andreas Rothfuss, Wissenschaftler am PAMB, macht der Roboter das, was er gut kann – er sucht den richtigen Weg und positioniert die Nadelführung so, dass weder Patient noch Arzt getroffen oder verletzt werden. Anschließend übernimmt der Arzt wieder und führt die Nadel ins Gewebe ein. »Während ein Mensch 30 Minuten braucht, um die Nadel zu platzieren, vergehen mit der Roboterassistenz maximal fünf Minuten«, erläutert Rothfuss.

Wie bisher würde der Arzt im OP eine computertomographische Aufnahme des Patienten erstellen. Allerdings hält der Roboterarm dabei ein Kalibrierungswerkzeug mit in das Bild. Es dient ihm zum Abgleich: Welche Position im Raum muss er einnehmen, um eine bestimmte Stelle im Bild anzufahren? Eine Software aus den Laboren des MEVIS analysiert das Bild und unterstützt den Arzt beim Platzieren der virtuellen Nadel. Die Software zeigt die Nadel im Bild an. Das Verfahren kann auch angewandt werden, sobald der Arzt für eine Therapie den Tumor durch Hitze zerstören möchte. In dem Fall simuliert die Software, wie sich die Wärme im Gewebe ausbreitet. Anschließend muss geklärt werden, wie viele Nadeln an welchen Stellen nötig sind, um den gesamten Tumor abzutöten. Ist die Frage geklärt, wird das Kalibrierungstool am Roboterarm durch eine Nadelführung ersetzt. Mit ihr fährt der Roboter die errechnete Position an und setzt die Führung im passenden Winkel auf der Haut ab. Der Roboter hantiert also keineswegs selbst mit der Nadel. Das übernimmt zu jedem Zeitpunkt der Arzt: Er schiebt die Nadel durch deren Führung, die der Roboter an Ort und Stelle hält, Stück für Stück in das Gewebe.

Um zu kontrollieren, ob die tatsächliche Position der Nadel mit der geplanten überein stimmt, macht der Arzt wie gewohnt Röntgenbilder, während er die Nadel ins Gewebe schiebt. Der Roboter bietet allerdings auch hier Vorteile: Bisher musste der Arzt die Nadel festhalten. Seine Hand verdeckte daher einen Teil der Aufnahme und war zudem bei jedem Kontrollbild den Röntgenstrahlen ausgesetzt. Nun hält der Roboter die Nadel mit seiner Führung fest – ihm kann die Strahlung nichts anhaben. Auch für den Patienten ist die Strahlenbelastung deutlich geringer. Die Nadel kann außerdem nicht verrutschen, wenn der Arzt sie durch die Führung schiebt.

Auf der Messe Medica vom 14. bis 17. November in Düsseldorf stellen die Forscher den Assistenzroboter vor (Halle 10, Stand G05).