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Endoscopic versatile robotic guidance, diagnosis and therapy of magnetic-driven soft-tethered endoluminal robots

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Robotertechnik für eine schmerzfreie Koloskopie

EU-finanzierte Wissenschaftler haben ein robotergesteuertes System zur Schmerzlinderung bei der Koloskopie entwickelt, um die Früherkennungsrate von Dickdarmkrebs zu verbessern.

Digitale Wirtschaft

Dickdarmkrebs ist die vierthäufigste Krebsart weltweit. Anders als andere, häufiger auftretende Krebsarten ist dieser Krebs jedoch zu 90 % heilbar, wenn er frühzeitig erkannt wird, weshalb Vorsorgeprogramme hier besonders gut greifen. Eine Endoskopie oder Koloskopie mit einer Miniaturkamera am Ende eines halbflexiblen Schlauchs „ist ein sehr wirksames Verfahren, das jedoch unangenehm ist und in einigen Fällen sogar Schmerzen verursacht. Niemand will sich einer solchen Behandlung unterziehen“, so Prof. Paolo Dario, Koordinator des EU-finanzierten Projekts Endoo und Professor für biomedizinische Robotik am Institut für BioRobotik der Scuola Superiore Sant’Anna in Pisa, Italien. Normalerweise führt eine Ärztin oder ein Arzt den mit einer Kamera ausgestatteten Schlauch über den Anus ein und schiebt ihn durch den Dickdarm, um krebsartige Läsionen oder Polypen zu erkennen. „Auch wenn wir alternative nicht-invasive Techniken wie DNA-Screening verwenden könnten, letztendlich müssen wir zur Entfernung der Polypen dennoch in den Dickdarm. Oder wenn wir einen Krebs aus einer Blutprobe erkennen, aber nicht wissen, wo er sich befindet, benötigen wir nach wie vor eine Koloskopie, um ihn zu lokalisieren“, erklärt Prof. Dario. Die Schmerzen treten aufgrund der Biegungen des Dickdarms auf, die es schwierig machen, den halbflexiblen Schlauch entlang seiner Länge einzuführen, was eine gewisse Geschicklichkeit der Bedienungsperson erfordert, wenn eine Dehnung des Dickdarms vermieden werden soll.

Speziell entwickelte, von Robotern gesteuerte Kapsel

Eine EU-Forschergruppe hat jetzt ein flexibleres und wesentlich schmerzfreieres Gerät entwickelt. „Anstatt von außen zu drücken, was die Ursache des Schmerzes ist, ziehen wir das Koloskop mithilfe kleiner Magneten an der Spitze des Schlauchs durch den Dickdarm“, sagt Prof. Dario. „Diese Magnete werden mit einem externen, von einem Roboter gesteuerten Magneten gekoppelt, der den Kopf des Koloskops ziehen soll, während die visuelle Untersuchung auf einer Plattform mit einer großen Anzahl von Komponenten durchgeführt wird“, fügt Prof. Dario hinzu. Die patentierte Kapsel am Schlauchkopf enthält eine Steuereinheit mit einer speziell entwickelten Mensch-Maschine-Schnittstelle und einem Bildanalysesystem, eine hochauflösende Kamera mit einer Beleuchtung mit hoher Intensität und zusätzliche Werkzeuge zum Entfernen von Polypen und Behandeln von Läsionen. Der weiche Schlauch selbst dient zur Insufflation, zur Reinigung der Linse, zum Spülen mit Wasser und zur Bedienung des Sichtmoduls. „Wir haben alle Komponenten des Systems auf ein hohes Leistungsniveau gebracht, das mit dem herkömmlicher Instrumente vergleichbar ist und es in einigen Fällen sogar übertrifft“, so Prof. Dario. Die Forschungsarbeiten umfassten zudem auch die komplizierte Modellierung von Magnetfeldern, um sicherzustellen, dass der von einem Roboterarm gesteuerte externe Magnet so effizient wie möglich arbeitet, sowie fortgeschrittene Untersuchungen verschiedener Materialien für den flexiblen Schlauch.

Labortests wurden durchgeführt

Der Prototyp wurde bereits umfangreichen In-vivo-Labortests und Ex-vivo-Tests an Teilen verstorbener Tiere unterzogen und verwendet einen hochentwickelten, mit Sensoren ausgestatteten, Dickdarm-Simulator. „Wir führen keine Tests an lebenden Tieren durch“, betont Prof. Dario. Da die Tests sehr gute Ergebnisse zeigten, wurde beim Universitätsklinikum im italienischen Turin, einem der Projektpartner, ein Antrag auf Versuche am Menschen gestellt. „Dies ist ein großer Schritt nach vorne, da der größte Engpass bei der Vermarktung von Medizinprodukten Tests am Menschen sind“, bemerkte Prof. Dario. Der schwierigste Teil des Projekts bestand darin, zu demonstrieren, dass das Prototypsystem mit einem Dickdarm-Simulator umgehen kann, der von verschiedenen Personen gesteuert wird. „Interessanterweise haben wir festgestellt, dass jüngeren Ärztinnen und Ärzten die Bedienung des Gerätes leichter fiel“, erläutert Prof. Dario. Dies macht es einfacher, das Gerät für die Reihenuntersuchung einzuführen und für mehr Menschen zugänglich zu machen, die bisher zu viel Angst vor den mit der traditionellen Endoskopie verbundenen Schmerzen und Verlegenheit hatten, wodurch die Überlebensrate bei solchen Krebsarten erhöht wird.

Schlüsselbegriffe

Endoo, Roboter, Dickdarm, Gesundheit, Dickdarmkrebs, Koloskopie, Endoskopie, Biorobotik, Robotertechnik

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