ArchivDeutsches Ärzteblatt23/2001Interdisziplinäre Zusammenarbeit: Roboter für die Wirbelsäulenchirurgie

VARIA: Technik

Interdisziplinäre Zusammenarbeit: Roboter für die Wirbelsäulenchirurgie

Dtsch Arztebl 2001; 98(23): A-1571 / B-1339 / C-1238

Müllges, Kay

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LNSLNS Schon beinahe standardmäßig werden Robotersysteme in der Hüft- und Kniegelenkschirurgie eingesetzt. Eine Weiterentwicklung wurde jetzt auf einem Workshop des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Stuttgart präsentiert. In Zusammenarbeit mehrerer Fraunhofer-Institute wurde der Prototyp eines Roboters für die Wirbelsäulenchirurgie vorgestellt.
Als Standardverfahren zur operativen Versorgung der Wirbelsäule gilt in Europa die manuelle Versteifung der Wirbelkörper mit Hilfe der transpedikulären Knochenverschraubung. Für diesen Eingriff werden Wirbelkörper durch Stäbe stabilisiert. Sie sind durch spezielle Schrauben mit den Wirbelkörpern verbunden. Die Schrauben müssen dabei mit größtmöglicher Präzision gesetzt werden, um die Gefahr der Verletzung der Nerven im Spinalkanal der Wirbelsäule zu minimieren. Bei Eingriffen an Hals- und Brustwirbeln ist der Operationsbereich für die Hand des Chirurgen schlecht zugänglich.
„Seit 1997 arbeiten wir an der Entwicklung eines universell einsetzbaren Robotersystems – eines so genannten Hexapodroboters“, erläutert Andrea Hiller vom Stuttgarter Fraunhofer-Institut. „Dieser Robotertyp ermöglicht eine hohe Genauigkeit und Steifigkeit während der Operation und behindert durch seinen kleinen Bau- und Bewegungsraum die Abläufe im Operationssaal nicht.“
Präzise Planungsdaten
Am Stuttgarter Institut wurde eigens für Eingriffe an der Wirbelsäule ein spezielles Instrument entwickelt, das sowohl bohren als auch schrauben kann. Auch ein automatischer Wechsel der Instrumente und Schrauben ist möglich. An der Instrumentenplattform sind Sensoren befestigt, die die beim Bohren und Schrauben auftretenden Kräfte genau registrieren und überwachen. Sie reagieren während des Bohrprozesses unmittelbar auf patientenspezifische Knochenveränderungen. Bei der präoperativen Planung dienen die vorab erstellten Computertomographiedaten des Patienten zur Orientierung.
Basierend auf diesen Bilddaten, erstellt ein am Darmstädter Fraunhofer-Institut für grafische Datenverarbeitung entwickeltes Navigations- und Planungssystem ein dreidimensionales Modell der Wirbelsäule. Diese Planungsdaten bilden die Basis für die exakte Steuerung des Robotersystems. Während der Operation schließlich überwacht ein am Fraunhofer-Institut für biomedizinische Technik in St. Ingbert konzipiertes Ultraschallpositioniersystem alle Bewegungen des Patienten und seiner Wirbelsäule.
„Das ist schon ein sehr gelungenes Beispiel für die erfolgreiche interdisziplinäre Zusammenarbeit dreier Institute“, meint Andrea Hiller stolz. Allerdings: der Einsatz eines Robotersystems im Operationssaal bringt vor allem unter Aspekten der Sterilität eine ganze Reihe von Problemen mit sich. Bisher existierten noch keine Ein- und Ausgabegeräte, die im sterilen Bereich eines Operationssaales eingesetzt werden konnten. Der Chirurg konnte den Roboter daher nicht im OP bedienen, sondern er (oder ein Assistent) musste die entsprechenden Befehle von außerhalb eingeben. Die Wissenschaftler des Fraunhofer IPA haben jetzt eine Mensch-Maschine-Schnittstelle konstruiert, die dieses Problem löst. Die empfindlichen elektronischen Komponenten des Systems befinden sich dabei weiterhin außerhalb des sterilen Bereichs. Im OP selbst dient eine spezielle Glas-Metall-Konstruktion als Computer-Bildschirm. Die Eingabe erfolgt durch einen optischen Eingabepointer. Alle Komponenten des Robotersystems sind über ein Netzwerk mit dem Rechner außerhalb verbunden. Auf diese Weise können alle Prozesse und Vorgänge während der Operation von der Konsole aus zentral ausgelöst und überwacht werden. Der Operateur hat buchstäblich alles im Griff. Kay Müllges
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