Ein neues Konzept eines Integrierten Assistenzsystems für die navigierte Weichteilchirurgie

Einleitung: Die MIC reduziert Traumata und Kollateralschäden der Patienten während des Eingriffs, beschränkt aber Wahrnehmung, Orientierung und Bewegungsfreiheit des Chirurgen. Mithilfe von modernen Instrumenten lassen sich diese Defizite teilweise überbrücken. Aktuelle Möglichkeiten von Mechatronik, Mikroelektronik und Informationstechnik werden nicht ausgeschöpft. Eine Integration vorhandener Technologien zu einem geschlossenen Regelkreis soll eine Erweiterung der natürlichen Grenzen in der Chirurgie ermöglichen. Mit dem Projekt Whole'O'Hand (Holistic Interventional Glove System) sollen diese Grenzen ausgelotet werden.

Methoden: Es wurde ein neues Konzept für Endoskopiesysteme entwickelt, das unterschiedliche Technologien aus Robotik, Mechatronik, CAD, Navigation und Visual Computing zu einem Gesamtsystem vereint. Diese Integration ermöglicht einen roboterassistierten Eingriff mit gleichzeitiger Überwachung des Situs, so dass Änderungen des Situs dynamisch in der Planung berücksichtigt und modifizierte Planungsdaten für die Robotersteuerung verwendet werden können.

Das System wurde exemplarisch für eine endoskopische Resektion von Lebertumoren ausgelegt. Zur Übertragung von Planungsdaten auf das Navigationssystem werden präoperative CT-Daten mit intraoperativen 3D-Laser-Scans des Patienten registriert und in ein gemeinsames Koordinatensystem mit dem Roboter- und dem US System gebracht.

Zur Unterstützung des Chirurgen bei der Navigation und der Instrumentenführung werden Manipulatoren auf einem Trägersystem verwendet. An diesen sind Instrumentenwechselsysteme befestigt, die sich leicht und präzise bewegen und fixieren lassen. Diese erlaubt einen automatisierten und schnellen Austausch von Instrumenten (Greifer, Scheren, Skalpelle, HF-Resektoren, US-Systeme, optische Sensoren) direkt am Situs. Instrumente sind in Kapselform in einem Revolvermagazin gelagert und werden automatisch ausgetauscht. Zur Ortung von Lebertumoren wird ein 3D-US Sensor vewendet. Die US-Daten werden segmentiert und mit den extrahierten Gefäßbäumen der CT-Daten registriert. US-Daten werden genutzt, um die Resektion zu visualisieren und Abweichungen von geplanten Schnittgrenzen zu signalisieren. Während der Resektion werden die Planungsdaten auf Basis der US-Daten dynamisch an wechselnde Umgebungsbedingungen angepasst. Diese Regelung ermöglicht es, Schnittgrenzen kontinuierlich zu überwachen und zu korrigieren.

Ergebnis: Ein integriertes Assistenzsystem wurde für die MIC entwickelt und prototypisch realisiert. Endoskopie wurde mit Robotik, Mechatronik, Sensorik, CAD, Navigation und Visual Computing zu einem geschlossenen Regelkreis-System für die endoskopische Leberchirurgie verbunden. Das System kompensiert die reduzierte Sicht, Orientierung und Fertigkeit des Chirurgen.