Situsnahes mechatronisches Assistenzsystem für hochgenaue Eingriffe am Schädel

• Antragsteller: Professor Dr. Omid Majdani; Professor Dr.-Ing. Tobias Johannes Ortmaier
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 190590330

Für operative Eingriffe in der Kopfchirurgie werden Werkzeuge benötigt, die den wachsenden Anforderungen an Genauigkeit und möglichst geringer Traumatisierung gerecht werden. Eine Applikation, die höchste Anforderungen an Sicherheit und Genauigkeit stellt, ist die Versorgung von Patienten mit Cochlea-Implantaten (CI). Diese gilt zurzeit als die einzige erfolgreiche Therapie zur Behandlung innenohrbedingter Taubheit. Bei dem Vorgang wird ein Multielektrodenarray in die Cochlea eingeführt, um durch elektrische Stimulation des Hörnervs dem Patienten einen Höreindruck zu vermitteln. Der größte Anspruch liegt dabei in der Eröffnung des Innenohres (Cochleostomie), für die in der Literatur eine Mindestgenauigkeit von 0,5 mm gefordert wird. Die Intention der Antragssteller ist es, den Zugang zur Cochlea in Form eines kleinen Bohrkanals minimal-invasiv anzulegen, um die großräumige und daher zeitaufwendige und risikobehaftete Mastoidektomie zu vermeiden. Das Ziel des Forschungsprojekts ist die Entwicklung eines neuartigen, hochgenauen Operationsverfahrens mit vielfältigen Einsatzmöglichkeiten, das auf einem flexiblen Assistenzsystem basiert. Ein mechatronisches Assistenzsystem soll entworfen, aufgebaut und evaluiert werden, das bei oben genannten Eingriffen eine hochgenaue, translatorische Führung von chirurgischen Instrumenten ermöglicht. Das Konzept basiert auf einem miniaturisierten, passiven Parallelroboter (Hexapod), der aufgrund seiner kompakten Abmessungen unmittelbar am Schädel des Patienten fixiert werden kann. Bei dem hier gewählten Ansatz kommt präoperativ eingebrachten künstlichen Landmarken eine doppelte Rolle zu: Einerseits dienen sie zum Transfer der Planungsdaten in den Operationssaal. Andererseits fungieren sie als Fußpunkte der Kinematik. So kann sowohl auf konventionelle Navigationstechnologie als auch auf die fehleranfällige intraoperative Registrierung vollständig verzichtet werden. Durch die direkte Befestigung am Schädel entfällt des Weiteren die üblicherweise notwendige rigide Fixierung des Patienten relativ zum Assistenzsystem - dies hat erwartungsgemäß eine deutliche Vereinfachung des klinischen Workflows zur Folge. In experimentellen Arbeiten sollen die erreichbare Genauigkeit des Systems bestimmt und in theoretischen Überlegungen die Ursachen für bestehende Abweichungen erkannt und quantifiziert werden. Um verwertbare Ergebnisse mit gesellschaftlichem Nutzen zu produzieren, ist als wichtiger Schritt in Richtung klinischer Praxis der Nachweis der Anwendbarkeit des Verfahrens durch medizinisches Personal vorgesehen. Dieser erfolgt in simulierten Operationen im Rahmen praxisnaher Experimente.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen