KIT und Universitätsklinikum Heidelberg entwickeln selbstlernendes Endoskopsystem
Zielgenau lenkt der Chirurg seine kleinen Klemm- und Schneidewerkzeuge zu der Gallenblase, die er dem Patienten entfernen muss. Dabei schaut er nicht etwa direkt auf den OP-Tisch, sondern auf einen Bildschirm, der neben ihm steht: Was unter der Haut passiert, zeigt ihm ein Endoskop, eine schlauchförmige Kamera, die ein OP-Assistent lenkt. Durch diese kann der Arzt das Innere des Patienten und seine endoskopischen Instrumente, die er über ein paar kleinere Einschnitte in der Haut eingeführt hat, sehen.
„Bei diesen minimal-invasiven Eingriffen, auch „Schlüssellochchirurgie“ genannt, ist der Chirurg darauf angewiesen, dass ihm der Assistent immer eine geeignete Sicht ermöglicht, da er nicht gleichzeitig Werkzeug und Kamera selbst führen kann“, wie Philip Nicolai vom Institut für Anthropomatik und Robotik (IAR) am KIT sagt. Sein Kollege Andreas Bihlmaier ergänzt: „Die richtige Position des Endoskops hängt von der aktuellen chirurgischen Aufgabe und der individuellen Arbeitsweise des Chirurgen ab.“
Das IAR hat zusammen mit dem Universitätsklinikum Heidelberg ein Kamerasystem erforscht, das sich bei jedem Eingriff direkt auf Arzt und Art der OP einstellt: Im Sonderforschungsbereich „Wissens- und modellbasierte Chirurgie“ der Deutschen Forschungsgemeinschaft haben sie einen Endoskop-Roboter mit einem selbstlernenden Kamerasystem entwickelt. Der weiße, mehrgliedrige Roboterarm hat an seiner „Hand“ ein Endoskop, das die OP-Instrumente des Chirurgen erkennen und die Position der Kamera entsprechend ausrichten kann.
Um zu wissen, welchen Bildausschnitt er dem Arzt zeigen muss, hat der Roboterassistent beobachtet, wie menschliche Assistenten bei verschiedenen Eingriffen die Kamera führen. „So hat er das nötige chirurgische Know-how erlernt, um die aktuelle Situation zu erkennen, zu deuten und eine passende Handlung auszuführen“, so Bihlmaier. Bei jedem Eingriff lernt der Roboter selbstständig dazu. Die Wissenschaftler aus Karlsruhe und Heidelberg wollen das System weiterentwickeln, um es etwa in der Herzklappenchirurgie oder bei der Entfernung von Tumoren einzusetzen.
Beim 'Hamlyn Symposium on Medical Robotics' im Juni 2015 gewannen sie damit den Preis für die beste Live-Demonstration. Veranstalter war das Hamlyn Center, ein Forschungszentrum des Imperial College in London, das zu den weltweit angesehensten Universitäten zählt. Eine internationale Fachjury zeichnete neben einem Gesamtsieger Beiträge zur Medizinrobotik in den Kategorien Design, Anwendung, Live-Demonstration und Innovation aus.
Hintergrund: Medizintechnik am KIT: Drei Beispiele
Am KIT befassen sich verschiedene Institute damit, wie computerbasierte Systeme den Menschen in der Medizin unterstützen können. Das IAR hat zum Beispiel mit „OP:Sense“ ein System für robotergestützte Chirurgie entwickelt: Auf einem Monitor sieht der Arzt das Innere des Patienten und kann über haptische Geräte an einer Konsole zwei Roboterarme steuern, die seine Bewegungen feiner und ohne Zittern am OP-Tisch direkt umsetzen. Mehrere 3D-Kameras im OP-Saal erfassen zusätzlich die Aktivitäten des OP-Personals, um das Robotersystem jederzeit optimal zu konfigurieren.
Das Institut für Angewandte Informatik und Automatisierungstechnik erforscht zusammen mit der Universitätsaugenklinik in Rostock ein Implantat fürs Auge, das den altersbedingten Verlust der Fähigkeit, unterschiedlich weit entfernte Gegenstände scharf abzubilden (Akkommodation), ausgleichen kann. Das intelligente Implantat soll hinter die Iris ins Auge eingesetzt werden und dort den Akkommodationsbedarf errechnen und das Bild scharf stellen. Das IAI hat zudem einen adaptiven Nervenstecker entwickelt, der es ermöglichen könnte, Verletzungen des peripheren und zentralen Nervensystems zu behandeln.
Die Nachwuchsgruppe „Chirurgische Assistenzsysteme“ des Instituts für Anthropomatik und Robotik hat ein Echtzeitverfahren entwickelt, das Organe während minimal-invasiven Operationen als dreidimensionale Modelle abbildet: Verformt sich weiches Gewebe, etwa beim Atmen oder Ansetzen des Skalpells, verändert sich das Modell dementsprechend. So kann der Chirurg direkt sehen, wie sich beispielsweise ein verdeckter Tumor verschoben hat. Getestet haben die Wissenschaftler das Verfahren an einer wirklichkeitsnahen Phantomleber.