Roboter im OP – Motorisierung bestehender und Entwicklung neuer Systeme

Das Institut für Robotik hat in den letzten Jahren zahlreiche Projekte durchgeführt, um moderne Robotertechnik in den OP zu bringen. In enger Kooperation mit industriellen und klinischen Partnern sind bestehende Systeme motorisiert (C-Bogen der Ziehm Imaging GmbH, OP-Mikroskop der Möller-Wedel GmbH) und innovative Bildgebungs- und Navigationsmethoden integriert worden. So ist es mit dem robotischen C-Bogen beispielsweise möglich, intraoperativ CT-Daten oder sogenannte „long bone“-Aufnahmen anzufertigen. In das OP-Mikroskop wurde auch ein OCT-Scanner integriert, um den Operationssitus automatisch in 3D zu erfassen. Pivotierung und Autofokus gehören auch zum Repertoire des neuen Systems.

 

Zusätzlich wurden in Kooperation mit IBG Technology Hansestadt Lübeck GmbH zwei robotische Systeme zur Kleintierstereotaxie und zur humanen Stereotaxie vollständig neu entwickelt. Diese Stereotaxierahmen ermöglichen Untersuchungen und Operationen am Kleintier und am Menschen mit höchster Präzision. Beide Systeme wurden bereits unter realen Bedingungen eingesetzt.

 

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Abgeschlossene Projekte:

Hochpräzises Head-Tracking – Bewegungsausgleich in der intrakraniellen Strahlentherapie

In Kooperation mit Varian Medical, dem weltweit führenden Hersteller von Bestrahlungsgeräten, entwickelt das Institut für Robotik einen Prototypen zum Bewegungsausgleich in der intrakraniellen Strahlentherapie. Ziel ist es auf strahlungsarmem, nicht-invasivem Wege herkömmliche Maskensysteme zu ersetzen oder zu ergänzen, um so eine hochpräzise Echtzeitüberwachung von Kopfbewegungen während der Behandlung zu ermöglichen.

 

Zugrundeliegend ist ein Laser im nah-infraroten Bereich, der die Stirn mehrere Male in der Sekunde abrastert. Neben den triangulierten räumlichen Oberflächenstrukturen können feinste Änderungen der Laserstreuung und -absorption auf der Haut mit einer hochauflösenden Kamera gemessen werden. Diese optischen Merkmale werden mithilfe maschinellen Lernens zur Bestimmung der lokalen Gewebedicke benutzt. Hierdurch können subkutane Strukturen oder die Lage des starren Schädelknochens enthüllt und sichtbar gemacht werden. Diese zusätzlichen Informationen ermöglichen erstmals einen robusten, hochgenauen Bewegungsausgleich auf berührungslosem Wege.

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Bewegungskompensation in der Strahlentherapie

Mit der Entwicklung des Bestrahlungsroboters CyberKnifes (Accuracy Inc.)  wurde es möglich, Tumore überall im Körper präzise zu bestrahlen und gleichzeitig deren Bewegung (verursacht durch Atmung, Herzschlag oder Bewegungen des Patienten) in 6 Freiheitsgraden zu kompensieren. Hierzu muss allerdings die Tumorposition in Echtzeit erfasst und an das Robotersystem übermittelt werden. Klinisch eingesetzte Systeme nutzen ein am Institut für Robotik entwickeltes System zur Bewegungskompensation mittels Korrelation zwischen optischen Markern und implantierten Goldmarkern, die in periodischen Abständen in Röntgenbildern verfolgt werden

Derzeitige Entwicklungen fokussieren sich auf neue, wahrscheinlichkeitsbasierte Korrelationsmethoden unter Nutzung multivariater Informationen, wie Atemfluss und Muskelaktivität, um die Robustheit und Präzision dieses Verfahrens zu erhöhen. Auf lange Sicht wird die direkte Ziel-verfolgung in volumetrischen Bilddaten heutige Korrelationsverfahren ablösen. Ein auf 4D Ultraschall basierendes Zielführungssystem befindet sich mit Entwicklung und erlaubt schon heute die Kompensation komplexer Organbewegungen, wie z.B. den Einsatz am schlagenden Herzen.

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Abgeschlossene Projekte:

Ethikkommission

Alle am Institute für Robotik und Kognitive Systeme durchgeführten Studien, in denen Tiere oder Probanden involviert waren, wurden mit unseren klinischen Partnern abgestimmt und durch die Ethikkommision der Universität zu Lübeck genehmigt.