Roboter als medizinische Assistenten Mechatronische Assistenzärztin

Die vollautomatische OP ist noch Zukunftsmusik, doch können Computer und Roboter bereits heute Aufgaben übernehmen, bei denen dem Menschen Grenzen gesetzt sind. Dazu sind selbstverständlich exakt geplante Abläufe notwendig.

Das Zentrum für Sensorsysteme (ZESS) an der Universität Siegen entwickelt seit mehreren Jahren unter der Leitung von Dr.-Ing. Jürgen Wahrburg in enger Zusammenarbeit mit Medizinern, Informatikern und Industriepartnern das Projekt »modiCAS« (modular interactive Computer Associated Surgery), in dem Roboter durch die Implementierung neuer Steuer- und Bedienfunktionen als Assistenzsystem für den klinischen Alltag eingeführt werden sollen.

Das System stellt eine vollständige Lösung für die computer- und roboterassistierte Chirurgie dar und unterstützt alle Schritte eines chirurgischen Eingriffes von der Planung bis zur Ausführung.

»modi-CAS« (Bild 1) unterstützte etwa bereits die Implantation künstlicher Hüftpfannen. Die Herausforderungen beschreibt Dr.-Ing. Jürgen Wahrburg, Akademischer Direktor des ZESS, folgendermaßen: »Der Erfolg versprechende Einsatz von Robotersystemen in der Chirurgie erfordert Betriebsmodi, die sich grundlegend von der vollautomatischen Arbeitsweise industrieller Systeme unterscheiden.

Es ist eine in hohem Maße interaktive Arbeitsweise der Roboter erforderlich, bei der der Operateur nicht ersetzt, sondern in den Arbeitsschritten unterstützt wird, wo der menschlichen Wahrnehmungsfähigkeit und dem menschlichen Geschick Grenzen gesetzt sind«.

Bestandteil des chirurgischen Assistenzsystems modi-CAS ist der Roboter »Viper s850«. Das System hat eine Armlänge von 854 mm, ein Gewicht von 29 kg und eine offene Steuerung, welche die direkte Ansteuerung der Einzelgelenke mit Geschwindigkeits- oder Drehmoment-Sollwerten ermöglicht. 3D-Digitalisiersysteme werden zur Registrierung der Patienten-anatomie verwendet, während der Viper s850 als mechanische Erweiterung des Navigationssystems dient, um das Führen und Positionieren chi-rurgischer Instrumente vorzunehmen.

Durch die Implementierung neuer Steuerungs- und Bedienfunktionen lässt sich das System an die Anforderungen medizinischer Aufgabenstellungen anpassen.

Der Arzt kann nur die für den jeweiligen Status der Operation entsprechenden Roboterfunktion auswählen, beispielsweise haptische Führung des Roboters mit der Hand oder automatisches Nachführen des Roboters bei kleinen Patientenbewegungen. Die Kernaufgabe eines Roboters als Assistenzsystem im Operationssaal besteht in der Führung chirurgischer Instrumente, also beispielsweise Endoskope, Fräser oder Bohrer.

Gerade im Bereich der Neurochirurgie, wo es auf sehr genaues Arbeiten ankommt und Millimeter über den Verlust von wichtigen Nervenbahnen entscheiden, gewähren Assistenzroboter eine sehr genaue Position der eingesetzten chirurgischen Instrumente. CLARA gegen Krebs. Die Vorteile eines Robotereinsatzes liegen auf der Hand. Neben der exakten Umsetzung der präoperativen Planung während des Eingriffes und dem Erzielen sehr genauer Bohr- und Fräsergebnisse durch präzise Instrumentenführung ergeben sich auch für den Operateur Vorteile durch geringere Stressbelastung während der Operation und die Möglichkeit, Instrumente zitterfrei mit definierter Geschwindigkeit zu verschieben oder zu rotieren.

Trotz dieser offensichtlichen Vorteile dürfte es noch einige Zeit dauern, bis sich Roboter-Assistenzsystemen im chirurgischen Alltag etablieren. Das Potenzial ist jedoch auf jeden Fall vorhanden. Der französische Krebscluster »Cancéropôle Lyon Auvergne Rhône-Alpes« (CLARA) wurde 2003 durch das nationale französische Krebsinstitut mit der Absicht gegründet, im Bereich der Onkologie in Rhône-Alpes und der Auvergne zu forschen. So sind wissenschaftliche, klinische und industrielle Stärken miteinander verbunden, um regional, national und international eine Strategie beim Kampf gegen den Krebs zu entwickeln.

CLARA wirkt bei der Realisierung von Partnerschaften zwischen industrieller, wissenschaftlicher und klinischer Forschung mit, um den technologischen Austausch zugunsten des Patienten zu fördern. Ziel ist es, die Region Rhône-Alpes Auvergne als europäischen Bezugsraum im Kampf gegen den Krebs zu positionieren. CLARA hat ein Förderprogramm für Projekte mit Konzepttauglichkeit aufgestellt, um Partnerschaften zwischen wissenschaftlichen, klinischen und industriellen Teilnehmern innerhalb der Region Rhône-Alpes Auvergne zu schaffen.

Dieses Programm unterstützt innovative Projekte mit großem Potenzial und Konzepttauglichkeit. In fünf Jahren wurden bereits 25 Projekte herausgebracht. Dies entspricht einem Gesamtbudget von 32 Millionen € inklusive 23 Millionen €, die durch 18 Industriepartner bewilligt wurden, sechs Machbarkeitsstudien, die bis heute eingeführt wurden, sowie ein Miniroboter zur endoskopischen Assistenz in Europa und den USA. Letzterer stammt von Adept, die bei CLARA mit dem Universitätszentrum Hôpital Civil de Lyon in Frankreich (HCL) zusammenarbeitet.

Die Robotik-Komponenten dienen der Behandlung kleinerer Krebstumore. Derzeit ist eine Diagnose kleinerer Tumore nur durch biologische Tests und bildgebende Verfahren möglich. Das CLARA-Projekt präsentiert nun ein neues Konzept, bei dem Roboter von Adept eingesetzt werden. Mithilfe eines dreidimensionalen Navigationsroboters wird eine Gewebeprobe nahe dem Tumor automatisch lokalisiert. Geführt wird der Roboter durch einen im Körper implantierten Sensor.

Ziel ist es zu zeigen, dass ein Sechs-Achs-Roboter des Typs »Viper« das perfekte Positionieren einer Gewebeprobe im Tumor bei beiden chirurgischen Methoden - sowohl perkutan (durch die Haut) als auch laparoskopisch (durch den Bauch) - gewährleistet. Der Erfolg dieses Projekts beruht auf einem sehr erfahrenen Akademiker-Team von Chirurgen und Radiologen der Universität Claude Bernard Lyon 1, dessen Forschungsschwerpunkt die fokale Therapie ist.

Dabei spielt die Erfahrung im Bereich der technischen Chirurgie und Forschungs-chirurgie, aber auch die lange Tätigkeit von Adept im Bereich Robotik und Applikation eine wichtige Rolle. »Wir glauben, dass der konzipierte Apparat sowohl aus therapeutischer als auch wirtschaftlicher Sicht sehr erfolgreich sein wird und einen starken Einfluss auf die zukünftige Krebstherapie hat«, sagt Professor Marc Colombel, Entwicklungsleiter der chirurgischen Robotik am Hôpital Civil de Lyon und Professor an der Universität Lyon 1.