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Roboter-Einsatz am Operationstisch

 

Hochpräzise Roboterarme unterstützen Chirurgen bei komplizierten Operationen. Insbesondere minimalintensive Eingriffe mit z. T. sperrigen Instrumenten können erfolgreich durch Roboter ersetzt werden. Am DLR-Instituts für Robotik und Mechatronik wurde hierzu der Roboter MIRO entwickelt. Eine Systemlizenz wird von einem großen internationalen Anbieter von Medizintechnik genutzt.

 

Die Robotertechnik hat längst Einzug gehalten in der chirurgischen Praxis. Heutzutage sitzt der Chirurg an der Konsole und steuert und beobachtet dreidimensional spezielle RoboterarmeDiese mit sind mit Instrumentenj bestückt und  setzen die vorgegebenen Kommandos mit höchster Präzision am Patienten um Hierbnei führen ie Roboter exakte Schnitte aus, setzen Schrauben oder vernähen auf kleinstem Raum durchtrennte Adern. Dabei spürt der Arzt über seine Steuerung genau, was die Instrumentenspitzen am Roboter ausführen, so als ob er diese selbst in den Händen halten würde.

 

Internationales Medizintechnik-Unternehmen kauft Lizenz zur kommerziellen Nutzung

 

In diesem Szenarium arbeiten Roboter und Mensch gemeinsam »Hand in Hand« zusammen. Der DLR-Roboter MIRO erleichtert dem Chirurgen die Arbeit, indem er zum Beispiel leichte Ungenauigkeiten der menschlichen Handbewegungen herausfiltert oder Bewegungen des Chirurgen in verkleinertem Maßstab hoch präzise ausführt und so Operationen optimiert. Darauf verweist Prof. Alin Albu-Schäffer, Leiter des Instituts für Robotik und Mechatronik vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Die Lizenz für den vom DLR entwickelten Medizinroboter  MIRO wurde an das amerikanische Unternehmen Medtronic verkauft, das weltweit größte Medizintechnik-Unternehmen, das Technologien des DLR-Robotersystems für einen Medizinroboter weiterentwickeln und in den nächsten Jahren auf den Markt bringen möchte. Mit diesem Roboter will das Unternehmen zunehmend von der invasiven zur minimal-invasiven Operationstechnik (MIRC) übergehen.

Eingabestation-Miro

Der Operateur hat durch 3D-Endoskopbilder, Force Feedback und wiederhergestellte Hand-Auge-Koordination den Eindruck eines direkten Zugangs zum Operationsfeld. Alle Abb.: DLR

 

Präzise und mit Gefühl

 

Der Roboterarm MIRO ist ein Leichtgewicht d verfügt wie das DLR-Robotersystem »Space Justin« über flexible Gelenke und Feingefühl. Zahlreiche Sensoren im Inneren sorgen dafür, dass alle Kontakte des Roboterarms mit der Umgebung in Echtzeit an das Eingabegerät des Operators zurückgemeldet werden. Bei minimal-invasiven Operationen - dabei muss der Arzt über möglichst kleine Schnitte lange Instrumentzangen an den »Einsatzort« im menschlichen Körper führen - unterstützt die Technologie von Roboter MIRO den Chirurgen: Der Arzt führt die Operation an einer Konsole aus, sieht währenddessen über einen Bildschirm die Endoskop-Aufnahmen in 3D und steuert gefühlt die Spitzen seines Werkzeuges - und nicht die umständlichen, aber notwendigen Verlängerungen der Instrumente. Für den Chirurgen bedeutet dies ein intuitiveres und gefühlt direkteres Operieren. "Dadurch kann auch gezielter schädliches Gewebe entfernt werden und gesundes Gewebe unbeschädigt bleiben."  

 

Weltraumtechnologie für die Medizin

 

Die Grundlagen für den Medizinroboter stammen dabei aus der Raumfahrt: Dort arbeiten die Ingenieure des DLR-Instituts für Robotik und Mechatronik erfolgreich daran, Roboter ferngesteuert von der Erde oder von der Internationalen Raumstation ISS aus zu betreiben und dem Bediener das Gefühl zu vermitteln, vor Ort - also telepräsent - zu sein. Diese Erfahrungen wurden auch im Medizinroboter MIRO eingesetzt. In der Medizin kommt es dabei allerdings nicht auf die große Entfernung zwischen Roboter und Bediener an, sondern darauf, die Barriere des menschlichen Körpers zu überwinden - die Operationsstelle ist nämlich oft nur schwer erreichbar beim Eingriff, dennoch müssen filigrane Bewegungen sehr genau ausgeführt werden.

Immer wieder setzten die Ingenieure des DLR erfahrene Chirurgen an ihre Konsole, um an Silikon-Kunstherzen und Kunststoffgewebe mit dem Medizinroboter typische Operationsaufgaben zu testen. Wirbelsäulen-Spezialisten stellten MIRO bei Reparaturen von Wirbeln auf die Probe oder setzen kleine Schrauben in Knochenmaterial. Mit diesen Praxistests näherten sich die Ingenieure so immer mehr den Anforderungen der Nutzer an. Die MIRO-Technologie wird nun als Grundlage für ein marktreifes Produkt vom Lizenznehmer Medtronic in einem bayerischen Entwicklungszentrum angepasst und auf spezielle Anwendungen ausgerichtet. So profitiert der Standort Deutschland weiterhin unmittelbar von dieser Entwicklung.

MiroLab-ohne-Wasserzeichen

Bei der minimal invasiven robotischen Chirurgie (MIRC) bewegt der Chirurg die Instrumente nicht mehr direkt. Stattdessen halten spezialisierte Roboterarme die Instrumente und werden durch den Chirurgen von einer Eingabekonsole aus ferngesteuert.

Das Telechirurgiesystem DLR MiroSurge umfasst eine Eingabekonsole (Masterkonsole) mit einem 3D-Display und zwei haptischen Eingabegeräten sowie drei MIRO-Roboterarme. Zwei MIROs halten die laparoskopischen Instrumente (MICA), welche durch miniaturisierte Kraft-/Momentensensoren die Reaktionskräfte des manipulierten Gewebes messen können. Der dritte MIRO führt (automatisch) ein Stereovideolaparoskop. Sowohl der Videostream als auch die

MIROLAB2

gemessenen Kräfte werden dem Chirurgen an der Masterkonsole angezeigt. Dabei kann der Chirurg das Geschehen im Operationsfeld nicht nur sehen, sondern durch das Force Feedback auch an den Eingabegeräten fühlen.

 

Ideen für die Medizinrobotik der Zukunft

 

Gefördert wurde das Projekt unter anderem über den Helmholtz Validierungsfond, mit dem die Lücke zwischen wissenschaftlichen Erkenntnissen auf der einen Seite und den Anforderungen von Unternehmen an wirtschaftlich verwertbare Forschungsergebnisse auf der anderen Seite geschlossen werden soll. Mit der erfolgten Vergabe der Lizenz enden die Forschungsarbeiten in der Medizinrobotik im DLR allerdings nicht. Die Ingenieure des DLR-Instituts für Robotik und Mechatronik haben bereits weitere Ideen, wie der Roboter den Menschen unterstützen kann: »Wir entwickeln im MIRO Innovation-Lab weitere Anwendungen sowie Softwarekonzepte, die dem Roboter eine größere Autonomie ermöglichen«, berichtete DLR-Institutsleiter Prof. Alin Albu-Schäffer. Dann könnte z. B. ein Roboterarm in der Zukunft auf Kommando des Chirurgen bestimmte Arbeitsschritte teilautonom durchführen, also beispielweise nicht nur hochpräzise Schnitte ausführen oder größere Gewebeflächen behandeln, sondern selbstständig für den Chirurgen auch feinfühlig und exakt Knoten beim Vernähen setzen.

 

KONTAKT 

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

DLR-Instituts für Robotik und Mechatronik

www.dlr.de

Video ansehen: https://www.youtube.com/watch?time_continue=3&v=FRstM7b9OmQ

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