VR-gestützte Robotersteuerung für die Mikrochirurgie von medizinischen Mensch-Maschine-Schnittstellen des Kopfes

• Antragsteller: Professor Dr. Marcus Matthias Maassen
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung von 2001 bis 2009
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5347898

Inhalt des Projektes ist die Entwicklung eines Verfahrens zurOperationsplanung, -simulation und der direkt hieraus abgeleitetenenSteuerung einer roboterassistierten Chirurgie bei medizinischenImplantaten in einer Virtuellen Realität Umgebung auf der Grundlageeiner präoperativen Schnittbilddiagnostik. Ziel ist, für diemikrochirurgische Implantatankopplung an die Funktionsschnittstelle des Patientenorgans (Mensch-Maschine-Schnittstelle) eine Steigerung der Prozeßqualität mit einer reduzierten Komplikationsrate und einemverbessertem Behandlungsergebnis zu erreichen. Zudem sollen einzelne Operationsschritte beschleunigt, andere spezielle Operationsschritteüberhaupt erst realisierbar werden.Bei aktiven medizinischen Implantaten ist eine besonders hohe Präzision und Sicherheit der Ankopplung an der Patienten-Maschinen-Schnittstelle, d.h. zwischen Implantat und Rezeptorgewebe, erforderlich. Zur Erfüllung der Päzisionsanforderungen benötigt der Operateur eine tremor- und vibrationsfreie Assistenz. Darüber hinaus ist eine langdauernde Befestigungsstabilität der Implantate anzustreben. Deshalb ist eine hohe Reproduzierbarkeit der Prozedur in Verbindung mit einer mechanischen und biologischen Sicherheit der Befestigung zu fordern. Roboterassistierte Operationsverfahren können potenziell diese Anforderungen erfüllen und zudem den Zeitaufwand der Operationen und die damit verbundene Komplikationsrate reduzieren.Das in dem Projekt zu entwickelnde Verfahren beinhaltet als erstenSchritt eine "Virtuelle Implantation". Hierzu wird präoperative eineComputertomographie (CT) durchgeführt, die päzise dreidimensionaleInformationen über die individuelle anatomische Situation des Patienten liefert. Die CT-Daten des Patienten werden einerseits in einem Virtuelle-Realität-System mit den CAD-Daten des Implantateszusammengeführt und hier die Implantationsprozedur simuliert. DasErgebnis dieser Simulation wird direkt zur Steuerung desOperationsroboters verwendet. Ein entscheidendes Element ist hierbei neben der Berechnung von Fräsbahnen für knöcherne Strukturen dieDefinitionen von Begrenzungen für die Roboterbewegung zur Schonung der benachbarten Organe und Gewebe. Die Steuerung des Roboters erfolgt zusätzlich über unterschiedliche Sensoren im Sinne eines redundanten Sicherheitssystems.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1124: Medizinische Navigation und Robotik
• Beteiligte Personen: Professor Dr. Claus D. Claussen; Professor Dr. Markus Pfister; Dr. Jesus Rodriguez Jorge; Professor Dr.-Ing. Rolf Dieter Schraft; Professor Dr.-Ing. Wolfgang Straßer (†); Professor Dr. Hans-Joachim Wagner; Professor Dr. Hans-Peter Zenner