ArchivDeutsches Ärzteblatt47/2002Medica: Innovationen aus der Hochschulforschung

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Medica: Innovationen aus der Hochschulforschung

Dtsch Arztebl 2002; 99(47): A-3205

Müllges, Kay

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LNSLNS Forschungsland NRW
Innovationen aus der Hochschulforschung
Nordrhein-Westfalen präsentiert neue Entwicklungen an einem Gemeinschaftsstand.

Wissenschaftler der Universität Siegen haben ein Robotersystem entwickelt, das als quasi „intelligentes Werkzeug“ den Operateur unterstützt und die möglichen Ungenauigkeiten einer rein manuellen Operationsdurchführung vermeidet. „In unserem System ist der Roboter die dritte Hand des Arztes“, erläutert Jürgen Wahrburg vom Zentrum für Sensorsysteme der Universität das Konzept. Enger als bei herkömmlichen Systemen sei hier das Navigationssystem mit dem Roboter verzahnt.
Technische Verfahrensdetails
Der Roboter agiert nicht nur auf der Basis präoperativ (etwa durch die Computertomographie oder Röntgen) erhobener Daten, sondern durch ein Matching von prä- und intraoperativen Daten. Die Bewegungen der Patienten während der Operation werden durch dieses Verfahren kompensiert. Dadurch entfällt die bislang übliche starre Fixierung der zu bearbeitenden Knochenstruktur, der Patient wird weniger traumatisiert.
Durch die Implementierung eines haptischen Modus in das System kann der Operateur darüber hinaus den Roboter am Werkzeug anfassen und per Hand zum Operationsgebiet führen. Bedienelemente am Werkzeugflansch ermöglichen jederzeit die direkte Interaktion mit dem Roboter. Die erste klinische Erprobung des Systems soll beim weltweit erstmaligen Einsatz einer künstlichen Hüftpfanne durch den Roboter erfolgen, „das System ist aber so flexibel ausgelegt, dass auch andere Operationen damit durchgeführt werden können“, so Jürgen Wahrburg.
Die operative Entfernung von Hirntumoren ist immer eine sehr heikle Angelegenheit. Schon kleine Fehler des Chirurgen können zu erheblichen Beeinträchtigungen des Patienten bis hin zu Sprachverlust oder Lähmungen führen. Seit einigen Jahren lassen sich mit der funktionellen Magnetresonanztomographie an wachen Patienten Untersuchungen durchführen und so die Risiken eines Eingriffs ständig überwachen.
Eine Neuentwicklung der Universität Essen ermöglicht es auch, bereits Gelähmte oder Bewusstlose während der Operation zu untersuchen. Bei diesem Verfahren erhält der Betroffene mithilfe eines auch im Kernspintomographen einsetzbaren Kabels milde elektrische Reize an Hand- und Fußgelenken. Die dabei gemessene regionale Veränderung der Sauerstoffkonzentration in der Zentralregion gibt Aufschluss über das beeinträchtigte Gehirnareal und erlaubt die genaue Abgrenzung des Tumors. „Eigentlich kann man elektromagnetische Felder nicht in einen Kernspintomographen einbringen“, erläutert Thomas Gasser von der Klinik für Neurochirurgie. „Wir haben aber jetzt ein spezielles Abschirmungsverfahren entwickelt, mit dem das möglich ist.“ Binnen weniger Minuten, das haben erste Patientenstudien ergeben, verfügt der operierende Arzt über die erforderlichen Informationen.
Ärzte und Ingenieure der RWTH Aachen haben die weltweit erste Miniblutpumpe entwickelt, die in kompakter Form zum Herzen geführt wird und sich dort entfaltet. Zusammengeklappt ist sie drei Millimeter dick und damit gerade halb so groß wie die bislang kleinste Blutpumpe. Das filigrane Gebilde besteht aus einem durchlässigen, spindelförmigen Pumpenkäfig, der den Rotor beherbergt. Dieser ist über eine flexible Welle mit einem Motor außerhalb des Körpers verbunden. So soll sie künftig funktionieren.
Strömungsoptimierung
Eingezwängt in einem Katheterschlauch werden Käfig und Rotor bis zur linken Herzkammer geführt. Dort werden sie aus dem Schlauch herausgeschoben. Durch den Kontakt mit dem warmen Herzblut wird das Formgedächtnis des Baumaterials (einer Titan-Nickel-Legierung) aktiviert. Die Pumpe entfaltet sich und wird funktionsfähig. Von nun an befördert sie mit 30 000 Umdrehungen pro Minute drei Liter Blut. Das sind etwa 60 Prozent der Pumpleistung eines gesunden Herzens. Die Miniblutpumpe könnte also Herzen entlasten, die nach einem Infarkt oder einer Herzmuskel-Entzündung lebensbedrohlich geschwächt sind. Allerdings erlaubt die extreme Drehzahl des Pumpenrotors bislang nur Laufzeiten von etwa sechs Stunden.
Um Pumpleistung und Laufzeiten zu erhöhen, suchen die Aachener Ärzte die Hilfe der Ingenieure. Am Aerodynamischen Institut der RWTH testet Christoph Brücker die Miniblutpumpe. „Unser erstes Problem war, eine Ersatzflüssigkeit zu finden, denn Blut ist nun mal nicht transparent“, erläutert er. „Wir arbeiten jetzt mit einem Glyzerin, das fluoreszierende Partikel enthält und die gleichen Strömungseigenschaften wie Blut hat.“ Ein leistungsstarker Laser beleuchtet die Schwebeteilchen, und eine Hochgeschwindigkeitskamera verfolgt ihren Weg in der Strömung. Aus diesen Messungen können die Forscher ableiten, wie die Rotorgeometrie verändert werden muss, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Derzeit wird die Pumpe im Tierversuch getestet, dabei hat sich herausgestellt, dass die Pumpleistung im lebenden Herzen etwas geringer ist als im Labor. Die Wissenschaftler sind aber zuversichtlich, durch weitere Tests die Pumpeigenschaften immer noch verbessern zu können.
Alle vorgestellten Verfahren sind auf dem Gemeinschaftsstand „Forschungsland NRW“ Halle 3, Stand D 74 zu sehen. Kay Müllges
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