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Mar 19, 2024

Neues Robotersystem macht vier

EPFL Mit der Anmeldung stimmen Sie unseren Nutzungsbedingungen und Richtlinien zu. Sie können sich jederzeit abmelden. Manche Operationen sind so komplex und ermüdend, dass sich Ärzte bei der Durchführung vielleicht wünschen, sie hätten es tun können

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Manche Operationen sind so komplex und ermüdend, dass sich Ärzte bei der Durchführung wünschen, sie könnten vier Arme haben. Eine solche Operation ist die Laparoskopie, mit der verschiedene Probleme im Bauch- und Beckenbereich diagnostiziert und behandelt werden.

Jedes Jahr werden weltweit mehr als 13 Millionen laparoskopische Operationen durchgeführt und es handelt sich um einen dieser medizinischen Eingriffe, der für Chirurgen eine große geistige und körperliche Belastung darstellt.

Ein Forscherteam der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) hat ein Robotersystem entwickelt, das dieses Problem lösen kann.

Ihr System wird es Chirurgen ermöglichen, während einer Laparoskopie problemlos mehrere Aufgaben gleichzeitig mit beiden Händen und Füßen auszuführen. Das EPFL-Team behauptet, es handele sich um den weltweit ersten Roboteraufbau, der vierarmige laparoskopische Operationen ermöglichen könne.

„Unser System eröffnet Chirurgen neue Möglichkeiten für die Durchführung vierhändiger laparoskopischer Eingriffe und ermöglicht es einer einzelnen Person, eine Aufgabe zu erledigen, die normalerweise von zwei, manchmal auch drei Personen ausgeführt wird“, sagte Mohamed Bouri, einer der Forscher und Leiter von REHAssist der EPFL Forschungsgruppe, in einer offiziellen Pressemitteilung.

Wir haben zuvor über das da Vinci Xi-Chirurgiesystem berichtet, das derzeit von vielen Chirurgen in den USA verwendet wird, um minimalinvasive, aber komplizierte Operationen wie die Laparoskopie mit großer Präzision durchzuführen.

Mit Da Vinci können Ärzte ihre Hände optimal nutzen, aber der neue EPFL-Roboter geht noch einen Schritt weiter, indem er Chirurgen zwei zusätzliche Roboterarme zur Verfügung stellt, die über haptische Fußschnittstellen gesteuert werden können.

Dies reduziert die Arbeitsbelastung der Hände und ermöglicht es Ärzten, mehr in kürzerer Zeit zu erledigen, und das noch dazu auf stressfreie Weise.

Der Roboteraufbau umfasst insgesamt vier Robotereinheiten; Hände können die beiden Roboterarme steuern, die manipulative chirurgische Aufgaben ausführen sollen, mit einem Fuß kann ein betätigter Greifer gesteuert werden und mit dem anderen Fuß kann der mit einer Kamera ausgestattete Roboterarm gesteuert werden.

Bauri erklärte: „Aktuatoren in den Fußpedalen geben dem Benutzer ein haptisches Feedback, führen den Fuß zum Ziel, als ob er einem unsichtbaren Kraftfeld folgen würde, und begrenzen außerdem Kraft und Bewegung, um sicherzustellen, dass fehlerhafte Fußbewegungen den Patienten nicht gefährden.“

Sie fragen sich vielleicht, ob es für einen Chirurgen nicht ermüdender wäre, während einer Operation ständig und gleichzeitig Hände und Füße zu benutzen? Nun ja, nicht, wenn die Roboter das Handeln der Chirurgen vorhersagen und ihre Bewegungen im Voraus entsprechend den Bedürfnissen ihrer Benutzer koordinieren könnten.

Das EPFL-Team behauptet, dass sie den Kontrollrahmen ihres Systems so gestaltet haben, dass es Ärzten und Robotern ermöglicht, eine „gemeinsame Kontrolle“ auszuüben, was bedeutet, dass es manchmal nicht immer der Chirurg oder Benutzer ist, der einen Schritt in der Operation leitet Es könnte auch der Roboter sein, der den nächsten Schritt bereits vorhergesagt und geplant hat.

„Um die Komplexität der Steuerung zu reduzieren, unterstützen die Roboter den Chirurgen aktiv, indem sie ihre Bewegungen mit den Chirurgen koordinieren, indem sie die Absicht des Chirurgen aktiv vorhersagen und die laparoskopischen Instrumente mithilfe der Kamera adaptive visuell verfolgen. Darüber hinaus wird Unterstützung für ein genaueres Erfassen des Gewebes angeboten“, sagte Aude Billard, eine der Studienautorinnen und Professorin an der Fakultät für Ingenieurwissenschaften der EPFL.

Auf diese Weise verringert die gemeinsame Steuerungsfunktion die Belastung des menschlichen Chirurgen und erhöht die Sicherheit und Präzision laparoskopischer Operationen. Die Forscher schulten außerdem zwölf Chirurgen und testeten erfolgreich die Machbarkeit ihres Systems.

Dr. Enrico Broennimann, einer der Ärzte, die das System getestet haben, sagte: „Die Idee, die Füße aktiv für die Durchführung robotergestützter Operationen einzusetzen, ist eine gute Idee und definitiv eine erlernbare Fähigkeit.“ Ich würde es gerne im Operationssaal implementiert sehen, vielleicht als Cockpit weit weg vom Patienten, um die Ergonomie zu verbessern.“

Derzeit führt das EPFL-Team klinische Studien in Genf durch und wenn alles gut klappt, könnten wir diese Roboterassistenten bald in unseren Krankenhäusern sehen.

Die Studie wurde im International Journal of Robotics Research veröffentlicht.

Studienzusammenfassung:

Die Roboterchirurgie ist eine vielversprechende Richtung, um den Alltag von Chirurgen und Assistenten im Vergleich zur konventionellen Chirurgie zu verbessern. In dieser Arbeit schlagen wir eine laparoskopische Solochirurgie vor, bei der zwei Roboterarme, die über haptische Fußschnittstellen gesteuert werden, die Arbeit der Hände unterstützen. Ein solches System ermöglicht die gleichzeitige Steuerung von vier laparoskopischen Instrumenten durch denselben Benutzer. Jede Hand steuert ein manipulatives Werkzeug, während ein Fuß ein Endoskop/eine Kamera steuert und eine andere Hand einen betätigten Greifer steuert. In diesem Szenario müssen der Chirurg und die Roboter in einem gleichzeitigen Arbeitsbereich zusammenarbeiten und gleichzeitig die Präzisionsanforderungen der Chirurgie erfüllen. Zu diesem Zweck schlagen wir einen Steuerungsrahmen für die Roboterarme vor, der alle aufgaben- und sicherheitsbezogenen Einschränkungen berücksichtigt. Um die Kontrolle über die Füße zu erleichtern, werden außerdem zwei Assistenzmodalitäten vorgeschlagen: adaptive visuelle Verfolgung der laparoskopischen Instrumente mit der Kamera und Greifunterstützung für den Greifer. An zwölf Themen wird eine Benutzerstudie durchgeführt, um die Benutzerfreundlichkeit des Systems hervorzuheben und die Relevanz der vorgeschlagenen gemeinsamen Kontrollstrategien zu bewerten. Die Ergebnisse bestätigen die Machbarkeit vierarmiger chirurgischer Aufgaben ohne umfangreiches Training in Aufgaben, bei denen es um visuelle Verfolgung und Manipulationsziele für die Füße sowie die Koordination mit beiden Händen geht. Darüber hinaus charakterisiert und motiviert unsere Studie den Einsatz von Roboterunterstützung zur Reduzierung der Aufgabenbelastung, zur Verbesserung der Leistung, zur Steigerung der Sprachkompetenz und zur Förderung einer besseren Koordination bei vierarmigen laparoskopischen Aufgaben.