Roboterassistierte Systeme: innovative Technologien für den Einsatz im OP

Kleiner, flexibler und präziser – das sind die Steckenpferde bei der Weiterentwicklung von roboterassistierten Systemen für den Operationssaal. Verschiedene Anbieter haben es bereits vorgemacht, wie zum Beispiel mit dem daVinci-System. Aber den Möglichkeiten zur Entwicklung sind keine Grenzen gesetzt.

Neben dem etablierten daVinci-System gibt es zunehmend Alternativen auf dem Markt, die für roboterassistierte Eingriffe im Operationssaal genutzt werden können. Bei dem daVinci-System handelt es sich um ein roboterassistiertes Chirurgiesystem der Firma Intuitive Surgical, welches vor allem bei minimal-invasiven Operationen im urologischen und gynäkologischen Bereich eingesetzt wird. Lange Zeit hatte das daVinci-System den Markt für sich und konnte einen dementsprechenden Zuwachs an Nutzern und Weiterentwicklung der Technik verzeichnen. Mittlerweile läuft das Monopol aus und es kommen vermehrt auch andere Systeme in der Chirurgie zum Einsatz, wie zum Beispiel das Senhance Robotik System. Das Senhance System der Firma TransEnterix zeichnet sich als Robotersystem mit wiederverwendbaren Standardinstrumenten aus. Es wird in der Chirurgie vor allem in der onkologischen Tumorchirurgie eingesetzt.

Die Robotik wird häufig in der Endoskopie oder als Assistenz bei Eingriffen, die miniaturisierte Schneide- und Greifwerkzeuge nutzen, eingesetzt. Besonders die Filterung von Zitterbewegungen des Chirurgen stellt einen entscheidenden Vorteil der Assistenz durch Robotik dar.

Grundsätzlich müssen für die meisten Anwendungen Roboter ihre Umgebung in einem gewissen Maß wahrnehmen können. Dazu sind neben Sensoren auch komplexe Algorithmen notwendig. Künstliche Intelligenz spielt hier ebenfalls eine Schlüsselrolle, um die für den Einsatz von roboterassistierten Systemen notwendigen Rahmenbedingungen zu schaffen. Nur mit einem Zusammenspiel der Technologie und maschinellen Lernens mit dem menschlichen Aspekt, dem Chirurgen, kann sich die Robotik im OP weiterentwickeln.

Durch die Zunahme an Szenarien, bei denen Robotik im Operationssaal eingesetzt werden kann, nehmen auch die Variationen der entwickelten Technologien stetig zu. Neben den bereits verbreiteten Sensoren, die mithilfe von Akustik oder Wärmebildkameras zur Präzision beitragen, gibt es neue Entwicklungen zur Kraftübertragung. Mit "Force-Feedback" rückt taktiles Feedback bei der Maschinensteuerung in den Bereich der Möglichkeiten. Im durch die DFG geförderten Projekt "Taktile Displays für Virtual-Reality-Anwendungen" wird bereits mit einem Prototyp geforscht. Dieser besitzt ein taktiles Display aus der welches mittels Elektronik gesteuert werden kann und eine speziell entwickelte Maus. Mit dem System können verschiedene Oberflächen virtuell ertastet werden. Damit bringt die Technologie nicht nur für die Robotik und die Telechirurgie neue Forschungsmöglichkeiten, sondern auch für Virtual Reality (VR) Anwendungen.

Im Projekt "Vollaktuierter elektromagnetischer Biegeaktor für die Endoskopie" wird erforscht wie verschiedene Aspekte aus der Natur in der Endoskopie zur Verbesserung von roboterassistierten Eingriffen integriert werden können. Schlangenähnliche Endoskope, die sowohl in der Medizin als auch in der Industrie eingesetzt werden können, ermöglichen verbesserte Anwendungen, da sie aus in ihrer Kraft regelbaren Elektromagne­ten bestehen.

Ergänzend kommen robotische Systeme ins Spiel, die aus weichen Materialien, wie zum Beispiel Silikonen, bestehen und ein höheres Maß an Anpassungsfähigkeit versprechen. Der Bereich umfasst Soft (Material) Robotics, die durch ihre Nachgiebigkeit und Verformbarkeit eine höhere Flexibilität bei operativen Eingriffen ermöglichen und gleichzeitig schonender für das Gewebe sind.

Für die minimal-invasive Chirurgie bieten tubuläre Kontinuumsroboter innovative Lösungen, die zukünftig zur Tumorentfernung an schwer zugänglichen Stellen, wie zum Beispiel an der Hirnanhangsdrüse, eingesetzt werden könnten. Fachdisziplinen der medizinischen Hochschule Hannover und dem International Neuroscience Institute entwickeln hier bereits erste Lösungen. Auch bei anderen minimal-invasiven Eingriffen kann der Einsatz von tubulären Kontinuumsrobotern von Vorteil sein.

Bei der Insertion von Cochlea-Implantaten sind die Möglichkeiten für den Chirurgen eingeschränkt. Somit ist die exakte Platzierung nicht immer so möglich, dass es das bestmögliche Hörerlebnis gibt. Eine Prothese ohne Berührung der Innenwand in die Hörschnecke einzuführen, ist für den Chirurgen allein sehr kompliziert, aber mithilfe der roboterassistierten Technologie eine zukünftige Option. Das Verfahren wurde am Lehrstuhl für Kontinuumsrobotik an der Fakultät für Maschinenbau der Leibniz Universität Hannover erprobt und zum Patent angemeldet.

Am Institut für Mechatronische Systeme der Leibniz Universität Hannover wird der Forschungszweig der transluminalen robotischen Instrumente durch die Arbeiten im Bereich der Stimmlippenchirurgie und -diagnose vorangetrieben. Speziell das im Jahr 2015 abgeschlossene EU-Projekt μRALP führte in diesem Bereich die Forschung fort und verfolgte die Verbesserung des Operationsverfahrens durch Etablierung eines mechatronischen Assistenzsystems.

Generell geht der Trend zu noch kleineren Durchmessern und gesteigerter Flexibilität bei gleichzeitiger Fusion von verschiedenen Werkzeugen zum Greifen und Schneiden in einem System. Welche Rahmenbedingungen für den erfolgreichen Einsatz von Robotik im Operationssaal notwendig sind und wo noch Stolpersteine liegen, erfahren Sie im Thema des Monats.