Chirurgische Fachkräfte können jetzt noch präziser und sicherer durch Körperräume navigieren
Traditionell müssen chirurgische Fachkräfte, die an tiefen anatomischen Regionen arbeiten, das Gewebe mit invasiven Schnitten zerstören. Intraluminale endoskopische Operationen stellen eine revolutionäre Lösung dar, bei der natürliche Körperlumina wie der Dickdarm, ein Harnleiter oder das Gefäßsystem als Zugangswege genutzt werden. Im Vergleich zu offenen Eingriffen bieten intraluminale Verfahren zahlreiche Vorteile, darunter kürzere Erholungszeiten und geringere Narbenbildung. Diese Methode ist zwar weniger invasiv, erfordert aber ein hohes Maß an chirurgischem Geschick und Fingerfertigkeit, da diese Lumen zerbrechlich sind und sich in viele Richtungen biegen. Außerdem ist die Visualisierung oft eingeschränkt, woraus weitere Herausforderungen entstehen. Das über die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen mitfinanzierte Projekt ATLAS hat durch die Integration von Roboterautomation einen wichtigen Beitrag zur Lösung dieser Probleme geleistet. Zu den Fortschritten gehören Entwicklungen im 3D-Druck, die Integration von Sensoren und der Einsatz von KI-Algorithmen.
3D-Druck und intraluminale Technologie
Projektkoordinator Emmanuel Vander Poorten von der KU Leuven, an der das Projekt angesiedelt ist, erklärt: „Das Projekt hat gezeigt, dass es möglich ist, kostengünstige 3D-Drucker zur Herstellung von steuerbaren Instrumenten zu verwenden. Diese mit künstlichen Muskeln ausgestatteten 3D-gedruckten Strukturen können in Körperlumina eingeführt werden und problemlos zu tief sitzenden Zielen navigieren.“ Das Projektteam entwickelte KI-Methoden mit tiefem Lernen zur Steuerung dieser komplexen Instrumente. Die ATLAS-Forschenden stellten außerdem Strukturen her, die sich in komplexe Kurven biegen, wenn ein äußeres Magnetfeld angelegt wird. Die magnetische Betätigung ist unter anderem bei Anwendungen mit Führungsdrähten von Vorteil. Anstatt mehrere vorgebogene Führungsdrähte zu verwenden, kann das ärztliche Fachpersonal einen einzigen Draht durch magnetische Betätigung steuern und den Winkel anpassen, wodurch die Effizienz erhöht wird.
Sichere Sensorik und KI-Lösungen für chirurgische Herausforderungen
Die Projektergebnisse bieten eine Lösung für schwierige Probleme wie die genaue Lokalisierung der Katheterposition. Anstelle der traditionellen Fluoroskopie werden strahlungsfreie Verfahren entwickelt, die beispielsweise auf der Verwendung von Lichtleitfasern basieren. Die reduzierte Strahlung senkt das Risiko für die zu behandelnde Person und das ärztliche Fachpersonal und erlaubt gleichzeitig eine 3D-Ansicht. Die aktuellen Herausforderungen der KI in der Chirurgie betreffen die Menge der benötigten Eingabedaten – innerhalb der Lumen ist es unmöglich, alle Möglichkeiten zu berechnen. ATLAS hat eine Lösung erschlossen, die auf der Erkennung von Anomalien basiert und diese Herausforderung überwindet. Vander Poorten fügt hinzu: „Aufbauend auf den Fortschritten im Bereich des tiefen Lernens wurden KI-Algorithmen erstellt, die in Echtzeit arbeiten und das Potenzial bergen, ärztlichem Fachpersonal noch nie dagewesene Einblicke in das Gewebe innerhalb des Lumens zu bieten.“ Mit diesen Erkenntnissen können chirurgische Fachkräfte sicherer durch die fragilen Passagen navigieren.
Die Zukunft der robotergestützten Chirurgie liegt in den Händen von jungen Forschenden
Im Rahmen des Programms Förderung neuer Fähigkeiten durch eine exzellente Erstausbildung von Forschern von Horizont 2020 bot ATLAS ein einzigartiges, multidisziplinäres akademisches Programm für Nachwuchsforschende an, die sich für Robotik an der Schnittstelle zur intraluminalen Chirurgie interessieren. Das Angebot des Projekts ist einzigartig, da die derzeitigen Schulungsprogramme anderer Einrichtungen einen engeren Fokus haben und sich nur auf einzelne Themen beziehen. Die Robotik ist ein äußerst multidisziplinäres Gebiet, das Mechanik, Elektronik, Sensorik, Software und Steuerung umfasst. Durch die Ausbildung von Forschenden in einem breiteren Themenspektrum sind sie nicht nur in der Lage, bessere Arbeitsplätze zu finden, sondern können auch Herausforderungen in diesem Bereich mit einer fundierteren Perspektive angehen. Einige junge ATLAS-Forschende haben bereits eine Postdoktorandenstelle angetreten oder sind in der Medizinindustrie tätig, während viele noch dabei sind, ihre Doktorarbeit abzuschließen. Unabhängig vom Stadium ist das Potenzial spannend: Sie wollen die ATLAS-Technologie auf andere Bereiche wie die Gynäkologie anwenden und die Technologie im kardiovaskulären, gastrointestinalen und urologischen Bereich weiterentwickeln.
Schlüsselbegriffe
ATLAS, 3D-Druck, KI-Algorithmen, intraluminale Chirurgie, tiefes Lernen, Robotik, Automatisierung
