Förderung für die Entwicklung einer teilweise autonomen OP-Robotik

Im Interview mit MEDICA.de beschreibt Prof. Franziska Mathis-Ullrich die Möglichkeiten der neuen Roboterassistenzsysteme.

Frau Prof. Mathis-Ullrich, wie könnten zukünftige Roboterassistenzsysteme die Arbeit im OP unterstützen?

Prof. Franziska Mathis-Ullrich: Unser Ziel ist es, dass Roboter und Mensch als Partner im OP zusammenarbeiten. Dafür entwickeln wir die nächste Generation von lernenden robotischen Systemen und wollen assistive Funktionen einbringen, die Chirurginnen und Chirurgen aktiv unterstützen.

Die Technik ist heute so weit, dass Handbewegungen skaliert werden, um damit den Tremor der Operierenden zu verringern. Zudem können wir mit neuen Sensoren in das Gewebe 'hineinschauen'. In unserer eigenen Forschung setzen wir Kontinuums-Roboter ein, die nicht mit geraden und rigiden Instrumenten arbeiten, sondern mit Werkzeugen, die sich wie flexible Körper um ein Objekt herum bewegen können.

Welche speziellen Vorteile gibt es für roboter-assistierte Augen-OPs?

Mathis-Ullrich: In der Mikro-Robotik spielt die Skalierung der Bewegungen eine besondere Rolle. Etwa 20 Prozent der übertragenen Kräfte sind so gering, dass sie unter dem menschlichen Wahrnehmungslimit liegen, sodass Chirurginnen und Chirurgen viel Erfahrung und Geschicklichkeit benötigen. Chirurgische Assistenz durch Roboter ist auf einem guten Weg, die Grenzen der Augenchirurgie zu verschieben.

Zum Beispiel könnten Näherungssensoren, die wir bisher für andere chirurgische Anwendungen erforscht haben, miniaturisiert werden. Im Auge eingesetzt, könnten diese Sensoren zeigen, wie nahe ein Instrument an der empfindlichen Netzhaut ist. Durch Kraftsensoren kann Operierenden ein haptisches Feedback vermittelt werden, wenn diese an besonders empfindlichem Gewebe operieren.

Lassen sich auch Teilschritte einer OP automatisieren?

Mathis-Ullrich: Unser Ziel ist es, dass wir verschiedene Assistenzsysteme auch automatisiert anbieten können. Das Auge ist ein wenig deformierbares Organ und die Dimensionen sind bei allen Menschen vergleichsweise ähnlich. Es bietet also ein relativ standardisiertes Umfeld, das erleichtert Automatisierungen.

Um Operierende zu unterstützen, wollen wir die geplante Positionierung des Roboters anzeigen und visualisieren. Bei autonom durchgeführten OP-Schritten muss der Roboter zudem erklären, warum gewisse Entscheidungen getroffen werden. Nur so kann Vertrauen zwischen dem Roboter und Operierenden entstehen, die so die Kontrolle behalten und automatisierte Vorgänge kontrolliert auslösen können.

Diese Verfahren sollen intuitiv und effizient sein. Geht es also auch um das Bedienkonzept?

Mathis-Ullrich: Um ein System mit autonomen Schritten in der Klinik etablieren zu können, muss die Partnerschaft zwischen System und Mensch optimiert werden. Der Einsatz robotischer System erfordert vergleichsweise viel Vorbereitungszeit. Das System muss an der Patientin oder am Patienten platziert werden und die Roboterarme mit den Werkzeugen müssen einzeln voreingestellt werden.

Wir wollen intuitive Möglichkeiten bieten, Systeme effizienter, schneller und einfacher einzusetzen. Am Beispiel der Augenroboter bedeutet das, wir müssen klären, wie das System zu Patientinnen und Patienten stehen muss und eingerichtet wird – möglichst so, dass man nicht mehr manuell nachjustieren muss.

Die KI soll auch dabei helfen, das Zusammenspiel von Operierenden, Patientinnen und Patienten und dem System zu verbessern?

Mathis-Ullrich: Oft ist eine OP schon aus ergonomischer Sicht schwierig, denn Operierende und Assistierende arbeiten auf engstem Raum mit verschiedenen Instrumenten zusammen. Zuerst braucht es eine Roboterkognition: Das System muss die Situation erfassen und verstehen. Hierzu nutzen wir verschiedene Methoden des maschinellen Lernens. Auch um die besten Roboter-Bewegungen oder -aktionen in einer bestimmten Situation zu erreichen, erforschen wir Methoden der KI. Da sehr viele Daten für das Erlernen von Bewegungen notwendig sind, trainieren wir unsere Systeme in der Simulation, bevor die Methoden in der echten Welt evaluiert werden.

Wir versuchen nicht, komplett autonome robotische System zu entwickeln. Es geht vielmehr um eine Vernetzung intelligenter Systeme, die gewisse Arbeiten erleichtert. Unser Themenfeld ist sehr interdisziplinär. Hier arbeiten medizinische und technische Berufe zusammen, weshalb wir uns bemühen, schon sehr früh Studierende aus beiden Fachrichtungen zusammenzubringen.