Entwicklung einer geplanten und überwachenden Roboterassistenz und -automation für den Einsatz in der Orthopädie und Unfallchirurgie
Tóm tắt
Die roboterassistierte Chirurgie bietet viele Vorteile hinsichtlich Präzision und Erleichterung in der Medizin, wobei der Arzt das System extern steuert, indem dieser die Bewegungen des Roboters während der Operation vorgibt. Trotz Schulungen und Erfahrung können Bedienfehler durch den Anwender nicht ausgeschlossen werden. Zudem hängt bei den etablierten Systemen das präzise Führen von Werkzeugen entlang komplex geformter Oberflächen, z. B. zum Fräsen oder Schneiden, von den Fähigkeiten des Bedieners ab. In diesem Beitrag wird zum einen eine Erweiterung der etablierten Roboterassistenz zur gleichmäßigen Bewegung entlang beliebig geformter Oberflächen vorgestellt und zum anderen eine Bewegungsautomation eingeführt, die über die bislang eingesetzten Assistenzsysteme hinausgeht. Beide Ansätze sollen insbesondere die Genauigkeit bei oberflächentreuen medizinischen Verfahren verbessern und Bedienfehler vermeiden. Für spezielle Anwendungen mit diesen Anforderungen sind beispielsweise das Ausführen präziser Schnitte oder das Entfernen anhaftenden Gewebes im Fall von Wirbelsäulenstenose zu nennen. Für eine präzise Umsetzung dient jeweils ein segmentierter Computertomographie(CT)- oder Magnetresonanztomographie(MRT)-Scan als Grundlage. Bei der vom Bediener extern gesteuerten Roboterassistenz werden die an den Roboter gegebenen Kommandos verzögerungsfrei geprüft und überwacht, sodass eine oberflächentreue Adaption der Bewegung stattfinden kann. Im Gegensatz dazu setzt sich die Automation zu den etablierten Systemen dahin gehend ab, dass präoperativ durch den Chirurgen die Bewegung entlang der gewünschten Oberflächen grob durch das Markieren markanter Punkte im CT- oder MRT-Scan geplant wird, daraus eine geeignete Bahn samt passender Werkzeugorientierung berechnet wird und anschließend nach einer Prüfung der Ergebnisse der Roboter diese selbständig durchführt. Durch dieses menschgeplante und roboterdurchgeführte Verfahren werden Fehler minimiert, jeweilige Vorteile maximiert und kostspielige Schulungen zum korrekten Steuern von Robotern hinfällig. Die Evaluation erfolgt sowohl in Simulation als auch im Experiment an einem komplex geformten 3‑D-gedruckten Lendenwirbel aus einem CT-Scan mit einem Stäubli TX2-60-Manipulator (Stäubli Tec-Systems GmbH Robotics, Bayreuth, Deutschland). Die Verfahren sind jedoch ebenfalls auf jedes andere Robotersystem, das den notwendigen Arbeitsraum abdeckt, wie bspw. das DaVinci -System, übertragbar und anwendbar.
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