Magnet steuert flexible Nadeln durch den Körper

Ein neues Konzept der robotergestützten Chirurgie soll dazu beitragen, Medikamente und Nanoroboter minimalinvasiv an unzugängliche Regionen des Körpers zu transportieren.

Gesundheit

Minimalinvasive Verfahren wie Biopsie, Laparoskopie und Endoskopie machen Schnitte bei chirurgischen Eingriffen teilweise oder ganz hinfällig, was das Blutungsrisiko verringert und Heilungsprozesse beschleunigt. Schwierig ist dies allerdings, wenn an schlecht zugänglichen Stellen operiert werden muss. Ein Ansatz, mit dem sich das EU-finanzierte Projekt ROBOTAR befasst, ist der Einsatz flexibler Instrumente, die von Magnetspulen gesteuert und um Gewebe und Organe herumgeführt werden. „Das Ziel ist, diese Minimalinvasivität noch zu optimieren“, erklärt Projektkoordinator Sarthak Misra, Professor für Robotergestützte Chirurgie.

Neue Wege

Misra und seine Arbeitsgruppe an der Universität Twente, Niederlande, entwickelten das Konzept für ein System aus lenkbaren Nadeln, mit dem Medikamente oder Nanokörper zu erkranktem Gewebe an unzugänglichen Körperstellen transportiert werden können. „Das Anwendungsspektrum ist breit und umfasst schwer erreichbare Regionen wie Magen-Darm-Trakt, Gehirn und Herz, denn dort ist der Eingriff immer hochinvasiv“, erklärt Misra. Da das Instrument per Magnetfeld gesteuert wird und so auch keine Kabel oder Leitungen mehr nötig sind, ist es sehr klein. Die Position des Instruments wird über ein Ultraschallgerät (das in jeder Klinik vorhanden ist) überwacht und von einer chirurgischen Fachkraft ferngesteuert, die durch Computermodelle, medizinische Aufnahmen und modernste Operationsplanung unterstützt wird. Da das gesamte System tragbar ist, kann es nach Bedarf im Operationssaal installiert werden. Für die Entwicklung des Systems entwarfen Misra und sein Team zunächst patientenspezifische Operationspläne und simulierten den Weg, den die Nadel durch Weichgewebe bis zur Operationsstelle zurücklegen muss. Dann wurden Prototypen für Lenksteuerung, flexible Magnetnadel und Ultraschallüberwachung entwickelt und das System schließlich vollständig zusammengebaut. „Mehrere Versionen unserer Laborprototypen wurden bereits vorläufig getestet“, fügt Misra hinzu, wofür zwei Machbarkeitsstudien finanziert wurden (Proof of Concept Grants). In der ersten Studie INSPIRE wird untersucht, wie die 3D-Struktur des Instruments mit Glasfasersensoren ermittelt werden kann. RAMSES wiederum entwickelt die elektromagnetischen Spulen zur Führung des Instruments.

Robotergestützte Chirurgie

Misra war zuvor an der Entwicklung von Weltraumrobotern wie Canadarm2 und Dexter an Bord der Internationalen Raumstation beteiligt, und will sein Fachwissen nun für etwas „bodenständigere“ Lösungen einsetzen. „Künftig werden viele Operationen von Chirurgierobotern durchgeführt“, ist er sich sicher. „Obwohl die letzte Entscheidung immer dem Menschen obliegen wird, erfordern Führungstechniken mitunter ein hohes Maß an Hand-Augen-Koordination, und es ist schwierig, zu operieren und gleichzeitig eine Diagnose zu stellen.“ Unterstützt wurde die Arbeit vom Europäischen Forschungsrat. „Zu Beginn klang meine Idee noch eher futuristisch“, bemerkt Misra, „aber obwohl die Ambitionen hoch und die Forschung risikoreich ist, ist der Erfolg für alle Beteiligten gleichermaßen lohnend. Und ein solches Projekt kann nur über den ERC angemessen gefördert werden.“ Neben den Machbarkeitsstudien betreut Misra auch neue Konzepte für ROBOTAR im Rahmen des Projekts MAESTRO, das über den ERC Consolidator Grant finanziert wird und sich mit injizierbaren Robotern befasst, die magnetisch und per Schallwellen gesteuert werden.

Schlüsselbegriffe

ROBOTAR, Roboter, Instrument, Magnetspule, Ultraschall, Chirurgie, flexibel, Laparoskopie, Schallwelle, Nanoroboter

Robot-Assisted Flexible Needle Steering for Targeted Delivery of Magnetic Agents

Magnet steuert flexible Nadeln durch den Körper

Neue Wege

Robotergestützte Chirurgie

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