Messtechnische Absicherung eines Bohrprozesses bei bildgestützten minimalinvasiven Eingriffen am Beispiel der Otobasis

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Julia Kristin; Professor Dr. Jörg Schipper; Professor Dr.-Ing. Robert Schmitt
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik ; Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 277205406

Bei der Einbringung von Bohrungen in den Schädel besteht eine erhöhte Gefahr der Schädigung des umliegenden Gewebes durch einen erhöhten Wärmeeintrag. Der Wärmeeintrag muss möglichst kontrolliert und gering gehalten werden, um beispielsweise Gesichtsnerven nicht zu schädigen. Da derzeit keine medizinischen Bohrgeräte existieren, die in der Lage sind die vorherrschende Temperatur an der Bohrstelle zu messen und aufzubereiten, wurde in der ersten Förderphase ein Bohrer mit integrierter Temperatursensorik entwickelt. Der Bohrer dient dazu den Zusammenhang zwischen der resultierenden Bohrtemperatur und den Parametern, die den Bohrprozess beeinflussen (Drehzahl, Anstellwinkel, Knochenmaterial, …), zu untersuchen. Ziel der hier beantragten Förderphase ist die Generierung von Messdaten und deren Aufbereitung in Form eines intraoperativen Assistenzsystems. Diese Messdaten sollen dem Chirurgen während des Operationsprozesses mit einem handgeführten Bohrgerät zugänglich gemacht werden. Dadurch ist der Operateur in der Lage den Prozess über die Bohrparameter im Hinblick auf die Temperaturentwicklung im Bohrgrund zu steuern. Das in der ersten Förderphase entwickelte Konzept zur messtechnischen Absicherung medizinischer Bohrprozesse muss dafür ausgebaut und für die klinische Anwendung weiterentwickelt werden. Zur Erreichung des Ziels müssen die folgenden Teilpakete bearbeitet werden. Zunächst muss der Bohrer mit integrierter Sensorik so weiterentwickelt werden, dass er den medizinischen Anforderungen genügt. Anschließend wird der Zusammenhang zwischen den Bohrparametern und der Bohrgrundtemperatur an einem reproduzierbaren Versuchsaufbau ermittelt. Aus diesem Zusammenhang resultieren Handlungsempfehlungen, die von einem Open Source Programm berechnet und dem Chirurgen über eine Anzeige visuell und akustisch zur Verfügung gestellt werden. Schlussendlich wird die Sensorik sowie die Anzeige in ein handgeführtes medizinisches Bohrgerät integriert und validiert. Mit dem Einsatz des intraoperativen Assistenzsystems wird das Risiko der thermischen Schädigung von Gewebe bei Knochenbohrungen im Schädel reduziert. Durch die kurze Ansprechzeit des Sensors werden auch unvorhersehbare Temperatureffekte, wie das Verkleben von Spänen während des Bohrprozesses, beachtet. So leistet die Entwicklung des handgeführten Bohrgerätes mit integrierter Sensorik zusätzlich einen wertvollen Beitrag zum Verständnis und der Untersuchung der Bohrgrundtemperatur während des Bohrprozesses. Des Weiteren können die Versuchsergebnisse bei einer späteren Entwicklung bspw. eines temperaturgeregelten Bohrprozesses der durch einen Roboter geführt wird von Nutzen sein, sodass zukünftig handgeführte sowie roboterbasierte Bohrprozesse parallel in der medizinischen Praxis verwendet werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen