„Unser Ziel war es, robotische Komponenten zu erforschen“

Foto: Lächelnder Mann im schwarzen Hemd

Doktor Ulrich Hagn vom Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrum „Institute of Robotics and Mechatronics/Department of Robotic Systems“ in Wessling forscht an der Umsetzung dieser Vision. Mit MiroSurge sind sie ihrem Ziel schon ein gutes Stück nähergekommen.

COMPAMED.de: Herr Doktor Hagn, wie werden Roboter in der Medizin eingesetzt und was genau kann MiroSurge?

Ulrich Hagn: Roboter werden in verschiedenen Anwendungsbereichen in der Medizin und in der Chirurgie eingesetzt. Man kann diese Roboter entweder fernsteuern, von Hand führen oder autonom einsetzen; sie können einem Stativ ähneln oder beweglich sein, um etwa Instrumente zu führen. Unser Ziel hier am DLR war es jedoch, robotische Komponenten zu erforschen; also Roboterarme und Steuerungsmodule, die im Baukastenprinzip zusammengesetzt werden können. Eines dieser Set-ups ist MiroSurge, das dafür gedacht ist, minimalinvasiv ferngesteuert zu operieren. Ferngesteuert bedeutet aber nicht, dass ein Chirurg in einem anderen Land oder Krankenhaus sitzt. Aber es ist so: Wenn man minimalinvasiv operieren möchte, setzt man nur einen sehr kleinen Schnitt. Der Chirurg kommt also mit den Händen nicht besonders gut an die zu operierende Stelle. Deshalb benutzt man minimalinvasive Instrumente und gibt diese dem Roboter „in die Hand“, während der Chirurg an einer Eingabekonsole sitzt und die Instrumente von dort steuert.

Im Vergleich zur klassischen – also handgeführten – laparoskopischen Chirurgie hat man dabei auch nicht das Problem der Bewegungsumkehr. Möchte man bei einem klassischen Eingriff im Videobild die Instrumentenspitze zum Beispiel nach links bewegen, muss man den Handgriff an der Konsole nach rechts lenken. Denn laparoskopische Instrumente haben kein Handgelenk. In der Robotik haben wir aber den Vorteil, dass man Instrumente einsetzen kann, die solche Handgelenke aufweisen – dadurch gewinnt man eine größere Beweglichkeit. So kann der Chirurg durch den Roboter Instrumente fernsteuern, bei denen die Bewegungsumkehr aufgehoben ist. Das heißt, wenn der Chirurg an der Eingabekonsole nach links steuert, dann bewegt sich auch die Instrumentenspitze nach links. Man muss sich vorstellen, dass die Handbewegung eins zu eins auf die Bewegung der Instrumentenspitzen umgesetzt wird.

COMPAMED.de: Wie erreichen Sie, dass der Arzt an den Bedienungshebeln ein reelles haptisches Gefühl vermittelt bekommt?

Hagn: In die Instrumentenspitzen sind sehr kleine, miniaturisierte, Kraft-Moment-Sensoren integriert, die alle Interaktionskräfte des Instruments im umgebenden Gewebe messen. Diese kleinen elektrischen Sensoren, die Signale erzeugen, wenn zum Beispiel das Instrument auf Gewebe auftrifft, messen ganz genau, wie stark man auf Gewebe einwirkt. Diese Messgröße wird auf die Eingabekonsole des Chirurgen zurückgeben, in der Motoren verbaut sind. Dank dieser Motoren können wir die Kräfte ausgeben und quasi an die Hände des Chirurgen zurückgeben.

 
 

Foto: Roboterarme am OP-Tisch

Miro-Roboterarme am OP-Tisch. Rechts: In der Nahaufnahme; © DLR

 
 

Foto: MiroSurge Bedienstation für den Chirurgen

 
 

COMPAMED.de: Wenn der Chirurg also etwas schneidet, spürt er, dass er Gewebe durchschneidet?

Hagn: Richtig. Nehmen wir beispielsweise ein Lebergewebe mit Tumoren – aufgrund ihrer Gewebeeigenschaften sind Tumoren steifer als normales Lebergewebe. In der normalen offenen Chirurgie palpiert ein Chirurg mit dem Finger das Gewebe und spürt, wo Verhärtungen sind. Beim MiroSurge können wir mit einem speziellem Taststab Gewebe abtasten und messen, wo Gewebeverhärtungen sind. Doch der Chirurg kann sie nicht nur an seiner Eingabekonsole spüren – wir können die Verhärtungen auch grafisch aufarbeiten, zum Beispiel in Form einer Landkarte. Stellen Sie sich das so vor: Man hat ein Stück Gewebe und tastet es stückweise wie mit einem Raster ab. So erstellt man eine Landkarte der Steifigkeit des Gewebes und kann genau sehen an welchen Stellen Verhärtungen vorliegen.

COMPAMED.de: Wodurch unterscheidet sich MiroSurge von ähnlichen Systemen?

Hagn: Es gibt eigentlich auf dem Markt nur ein ähnliches System – das Da Vinci-System. Wir unterscheiden uns technisch sehr stark von diesem System. Im Grunde arbeiten wir an einer robotischen Plattform. Das bedeutet, wir konstruieren einen Modulbaukasten und je nach Anwendung und Wunsch kann man verschiedene Ausprägungen des Systems konfigurieren. Man kann beispielsweise festlegen, dass man mit drei oder vier Roboterarmen arbeiten möchte. Dafür muss dann nicht ein neues System entwickelt werden, sondern man kann einen vierten oder fünften Arm an den OP-Tisch dazuhängen. Diese Modularität ist für uns ein sehr wichtiges Thema. Jedoch handelt es sich beim Da Vinci System um ein bereits kommerziell verfügbares System, während MiroSurge bislang nur ein Forschungsprojekt ist.

Das Interview führte Simone Ernst.
COMPAMED.de