Robotik in der Medizin 1 Roboter in der Medizin Von Nils Daniel Forkert Proseminar: Anwendungen und Methoden in der.

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1 Robotik in der Medizin 1 Roboter in der Medizin Von Nils Daniel Forkert 4forkert@informatik.uni-hamburg.de Proseminar: Anwendungen und Methoden in der modernen Robotik Proseminarleiter: Prof. Dr. Jianwei Zhang

2 2 Robotik in der Medizin Gliederung Einleitung & Geschichte der medizinischen Robotik Einleitung & Geschichte der medizinischen Robotik Technische Aspekte Technische Aspekte Das Da Vinci System Das Da Vinci System Einsatzmöglichkeiten Einsatzmöglichkeiten Fazit Fazit

3 3 Robotik in der Medizin Einleitung & Geschichte Ziel des Einsatzes computer- und Roboterassistierter OP-Verfahren ist die Verbesserung des operativen Eingriffs durch genauere Planung, erhöhte Präzision, Reproduzierbarkeit und Dokumentation Ziel des Einsatzes computer- und Roboterassistierter OP-Verfahren ist die Verbesserung des operativen Eingriffs durch genauere Planung, erhöhte Präzision, Reproduzierbarkeit und Dokumentation Bild- und Datenverarbeitung in der Medizin nutzbar machen Bild- und Datenverarbeitung in der Medizin nutzbar machen

4 4 Robotik in der Medizin Einleitung & Geschichte Zu der rasanten Etablierung von computergestützten Operationsverfahren haben in den letzten Jahren mehrere Faktoren beigetragen. Zu der rasanten Etablierung von computergestützten Operationsverfahren haben in den letzten Jahren mehrere Faktoren beigetragen. Bildgebende Verfahren Bildgebende Verfahren immer leistungsfähigerer Speicher und Prozessoren Operationsbedingungen in Echtzeit zu realisieren immer leistungsfähigerer Speicher und Prozessoren Operationsbedingungen in Echtzeit zu realisieren gestiegene Vertrauen gegenüber der Robotik gestiegene Vertrauen gegenüber der Robotik

5 5 Robotik in der Medizin Quelle: Statistisches Bundesamt, Gesundheitsberichterstattung

6 6 Robotik in der Medizin Einleitung & Geschichte Erstmalig wurde ein OP-Roboter im Jahre 1991 im Rahmen einer transurethralen Prostataresektion eingesetzt. Erstmalig wurde ein OP-Roboter im Jahre 1991 im Rahmen einer transurethralen Prostataresektion eingesetzt. 1994 wurde der US-amerikanische Roboter Robodoc (© Integrated Surgical Systems) erstmals bei einer größeren Anzahl von Patienten zur passgenauen Fräsung der Hüftschachtes eingesetzt 1994 wurde der US-amerikanische Roboter Robodoc (© Integrated Surgical Systems) erstmals bei einer größeren Anzahl von Patienten zur passgenauen Fräsung der Hüftschachtes eingesetzt

7 7 Robotik in der Medizin Einleitung & Geschichte Seit 1997 ist ein deutscher Roboter CASPAR ® (orto Marquet GmbH & Co KG) im Einsatz, der genau wie der Robodoc im Bereich der Hüftoperationen arbeitet Seit 1997 ist ein deutscher Roboter CASPAR ® (orto Marquet GmbH & Co KG) im Einsatz, der genau wie der Robodoc im Bereich der Hüftoperationen arbeitet Seit 1999 können mit diesem System nicht nur Hüftendoprothesen erfolgreich implantiert werden, sondern auch das vordere Kreuzband ersetzt, sowie seit 2000 eine Knieendoprothese implantiert werden. Seit 1999 können mit diesem System nicht nur Hüftendoprothesen erfolgreich implantiert werden, sondern auch das vordere Kreuzband ersetzt, sowie seit 2000 eine Knieendoprothese implantiert werden.

8 8 Robotik in der Medizin in der Neurochirurgie wurden bildgeführte Systeme schon früh eingesetzt, diese ermöglichen vor allem eine bessere Navigation im Gehirn in der Neurochirurgie wurden bildgeführte Systeme schon früh eingesetzt, diese ermöglichen vor allem eine bessere Navigation im Gehirn auch bei der Gewebeentnahme oder Tumorchirurgie spielen diese Systeme eine große Rolle auch bei der Gewebeentnahme oder Tumorchirurgie spielen diese Systeme eine große Rolle z.B. Neuromate ®, Innovative Medical Machines; MKM®, CarlZeiss z.B. Neuromate ®, Innovative Medical Machines; MKM®, CarlZeiss Einleitung & Geschichte

9 9 Robotik in der Medizin Einleitung & Geschichte 2001 ist in den USA ist erstmals der ZEUS Roboter (® Computer Motion) für eine Bypass-Operation am schlagenden Herzen eingesetzt worden 2001 ist in den USA ist erstmals der ZEUS Roboter (® Computer Motion) für eine Bypass-Operation am schlagenden Herzen eingesetzt worden Mit dem Zeus-System ist es einem außerdem einem Chirurgen gelungen von New York aus, einer Patientin in Straßburg erfolgreich die Gallenblase zu entfernen. Mit dem Zeus-System ist es einem außerdem einem Chirurgen gelungen von New York aus, einer Patientin in Straßburg erfolgreich die Gallenblase zu entfernen.

10 10 Robotik in der Medizin Unter anderem auf Grund dieses Erfolges hat die Nasa im Jahre 2004 beschlossen dieses System in ihrem Projekt NEEMO 7 zu integrieren Unter anderem auf Grund dieses Erfolges hat die Nasa im Jahre 2004 beschlossen dieses System in ihrem Projekt NEEMO 7 zu integrieren Das NASA-Projekt NEEMO 7 (NASA Extreme Environment Mission Operations) dient unter anderem zur Überprüfung von Funkgesteuerten medizinischen Robotersystemen in Raumschiffen auf erdnahen Bahnen. Das NASA-Projekt NEEMO 7 (NASA Extreme Environment Mission Operations) dient unter anderem zur Überprüfung von Funkgesteuerten medizinischen Robotersystemen in Raumschiffen auf erdnahen Bahnen. Einleitung & Geschichte

11 11 Robotik in der Medizin Technische Aspekte drei Teilgebiete: drei Teilgebiete: aktive und semiaktive Navigatoren, aktive und semiaktive Navigatoren, passive Navigatoren passive Navigatoren telechirurgische Arbeitsstationen telechirurgische Arbeitsstationen Alle Systeme arbeiten mit Software, zur 3D-Modellerstellung, zur präopertaiven Planung, zur intraoperativen Bildgebung, sowie zur Registrierung Alle Systeme arbeiten mit Software, zur 3D-Modellerstellung, zur präopertaiven Planung, zur intraoperativen Bildgebung, sowie zur Registrierung

12 12 Robotik in der Medizin aktive Navigatoren aktiven Navigatoren können mit ihren Instrumenten selbstständig Operatios- schritte am Patienten durchführen aktiven Navigatoren können mit ihren Instrumenten selbstständig Operatios- schritte am Patienten durchführen Hauptanwendungsbereich: Hüft- und Knieendoprothetik, bei Revisions- operationen des Hüftgelenkes und Ersatz des vorderen Kreuzbandes. Hauptanwendungsbereich: Hüft- und Knieendoprothetik, bei Revisions- operationen des Hüftgelenkes und Ersatz des vorderen Kreuzbandes.

13 13 Robotik in der Medizin Semiaktive Navigatoren Können nicht selbstständig Operationsschritte durchführen Können nicht selbstständig Operationsschritte durchführen Ihre Aufgabe ist Führungshülsen zu halten, deren Position anhand CT- oder MRT-Bildern vorgegeben wurde Ihre Aufgabe ist Führungshülsen zu halten, deren Position anhand CT- oder MRT-Bildern vorgegeben wurde

14 14 Robotik in der Medizin Technologie Aktive und Semiaktive Navigatoren Aktive und Semiaktive Navigatoren weisen eine gewisse Ähnlichkeit zu Industrierobotern auf Aktive und Semiaktive Navigatoren weisen eine gewisse Ähnlichkeit zu Industrierobotern auf Man kann diese Navigatoren weiter in Schwenkarm- (SCARA-Roboter) und Knickarmroboter (PUMA-Roboter) unterteilen. Man kann diese Navigatoren weiter in Schwenkarm- (SCARA-Roboter) und Knickarmroboter (PUMA-Roboter) unterteilen. Sicherheit: Geschwindigkeitsbegrenzung, Kraft- und Arbeitsraum-Überwachung, Knochenbewegungsüberwachung sowie Fräsmotorenüberwachung Sicherheit: Geschwindigkeitsbegrenzung, Kraft- und Arbeitsraum-Überwachung, Knochenbewegungsüberwachung sowie Fräsmotorenüberwachung

15 15 Robotik in der Medizin Quelle: http://www.utc.fr/~farges/dess_tbh/99-00/Projets/robots/Image7.jpg

16 16 Robotik in der Medizin passive Navigatoren Passive Navigatoren dienen der Orientierung am Patienten sowie einer präzisen präoperativen Planung Passive Navigatoren dienen der Orientierung am Patienten sowie einer präzisen präoperativen Planung Die Hauptanwendungsbereiche: Wirbelsäulenchirurgie, Knie- und Hüftendoprothetik, der Neurochirurgie, HNO-Anwendungen, Kieferchirurgie und Tumor-Resektionen. Die Hauptanwendungsbereiche: Wirbelsäulenchirurgie, Knie- und Hüftendoprothetik, der Neurochirurgie, HNO-Anwendungen, Kieferchirurgie und Tumor-Resektionen.

17 17 Robotik in der Medizin drei unterschiedlichen Systemansätzen: CT-Navigation, Kinematik-Navigation und C-Bogen-Navigation drei unterschiedlichen Systemansätzen: CT-Navigation, Kinematik-Navigation und C-Bogen-Navigation Position von den Endeffektoren wird relativ zu den Knochen dargestellt Position von den Endeffektoren wird relativ zu den Knochen dargestellt z.B. Orthopilot, OTS, Robodent z.B. Orthopilot, OTS, Robodent passive Navigatoren

18 18 Robotik in der Medizin Quelle: http://www.orthopilot.de/

19 19 Robotik in der Medizin telechirurgische Arbeitsstationen Die Anwendung von endoskopischen Instrumenten können Bewegungen auf beengtem Raum ausgeführt werden Die Anwendung von endoskopischen Instrumenten können Bewegungen auf beengtem Raum ausgeführt werden Der Chirurg hat kein unmittelbaren Einfluss auf das Operationsfeld Der Chirurg hat kein unmittelbaren Einfluss auf das Operationsfeld Räumliche Trennung führt zu Wissenstransfer Räumliche Trennung führt zu Wissenstransfer

20 20 Robotik in der Medizin telechirurgische Arbeitsstationen Bewegungsrichtung der Instrumente auf dem Monitor entspricht Bewegungsrichtung der Manipulatoren Bewegungsrichtung der Instrumente auf dem Monitor entspricht Bewegungsrichtung der Manipulatoren Dämpfung von unerwünschten Bewegungen no-go-areas Dämpfung von unerwünschten Bewegungen no-go-areas Unterteilung in Optische-, Magnetische-, Mechanische- und Ultraschall-Localizer Unterteilung in Optische-, Magnetische-, Mechanische- und Ultraschall-Localizer z.B. Zeuss, Da Vinci, Aesop, Artemis z.B. Zeuss, Da Vinci, Aesop, Artemis

21 21 Robotik in der Medizin Quelle: http://www.utc.fr/~farges/dess_tbh/99-00/Projets/robots/Image8.jpg

22 22 Robotik in der Medizin Das Da Vinci System Entwickelt von Intuitive Surgical Inc. Entwickelt von Intuitive Surgical Inc. Seit 1998 im Einsatz Seit 1998 im Einsatz Seit 15. März 2004 am UKE im Einsatz Seit 15. März 2004 am UKE im Einsatz Das 1,4 Mio Euro teure Gerät wurde aus Landesmitteln der Freien uns Hansestadt Hamburg und des Bundes finanziert Das 1,4 Mio Euro teure Gerät wurde aus Landesmitteln der Freien uns Hansestadt Hamburg und des Bundes finanziert Es ist die einzige Anlage ihrer Art in Norddeutschland Es ist die einzige Anlage ihrer Art in Norddeutschland

23 23 Robotik in der Medizin Das Da Vinci System Feinste mikrochirurgische Techniken lassen sich endoskopisch vornehmen Feinste mikrochirurgische Techniken lassen sich endoskopisch vornehmen Das System besteht aus zwei Komponenten: Das System besteht aus zwei Komponenten: Steuerkonsole Steuerkonsole Roboterarme Roboterarme Der Chirurg sitzt ca. 3 Meter vom Operationstisch entfernt Der Chirurg sitzt ca. 3 Meter vom Operationstisch entfernt

24 24 Robotik in der Medizin Das Da Vinci System Ein Computer überträgt die Bewegungen an die Roboterarme Ein Computer überträgt die Bewegungen an die Roboterarme Eine Kamera liefert ein 3D-Bild in bis zu 10 facher Vergrößerung an die Steuerkonsole Eine Kamera liefert ein 3D-Bild in bis zu 10 facher Vergrößerung an die Steuerkonsole Die Hände des Chirurgen ruhen unterhalb des Monitors Die Hände des Chirurgen ruhen unterhalb des Monitors Die Übersetzung ist zitterfrei und skalierbar Die Übersetzung ist zitterfrei und skalierbar

25 25 Robotik in der Medizin Das Da Vinci System Der Chirurg wird nicht überflüssig Der Chirurg wird nicht überflüssig Größere Präzision Größere Präzision Elektromotoren sprechen mit einer Verzögerung im Millisekundenbereich an Elektromotoren sprechen mit einer Verzögerung im Millisekundenbereich an Subjektiv: Gefühl der Echtzeit Subjektiv: Gefühl der Echtzeit

26 26 Robotik in der Medizin

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30 30 Einsatzmöglichkeiten Entfernte und abgelegene Orte Entfernte und abgelegene Orte Operationen bei denen Spezialisten benötigt werden Operationen bei denen Spezialisten benötigt werden Raumfahrt Raumfahrt Militär Militär

31 31 Robotik in der Medizin Fazit Sehr großes Angebot an Navigationssystemen und Robotern Sehr großes Angebot an Navigationssystemen und Robotern Firmen werden durch andere akquiriert Firmen werden durch andere akquiriert Eine klare Trennung zwischen Roboter, Navigationssysteme und telechirurgische Arbeitsstationen ist problematisch Eine klare Trennung zwischen Roboter, Navigationssysteme und telechirurgische Arbeitsstationen ist problematisch Die Anschaffung bedeutet einen hohen Investitionsaufwand Die Anschaffung bedeutet einen hohen Investitionsaufwand

32 32 Robotik in der Medizin Fazit Neben den bereits erwähnten Teilgebieten der Medizin (Knochen-, Neuro, Herzchrurgie) wird die Telechirurgie auch in der Gynäkologie, Augenchirurgie, und Gefäßchirurgie zukünftig gut einsetzbar sein Neben den bereits erwähnten Teilgebieten der Medizin (Knochen-, Neuro, Herzchrurgie) wird die Telechirurgie auch in der Gynäkologie, Augenchirurgie, und Gefäßchirurgie zukünftig gut einsetzbar sein Ein Einsatz dieser Systeme wird bald in fast alles chirurgischen Teilgebieten möglich und auch sinnvoll sein Ein Einsatz dieser Systeme wird bald in fast alles chirurgischen Teilgebieten möglich und auch sinnvoll sein Durch zusätzliche Gelenke im Roboter ist eine variablere und beweglichere Führung des Operationsbesteckes möglich. Durch zusätzliche Gelenke im Roboter ist eine variablere und beweglichere Führung des Operationsbesteckes möglich.

33 33 Robotik in der Medizin Fazit größere Präzision, sowie gute Dokumentationsmöglichkeiten größere Präzision, sowie gute Dokumentationsmöglichkeiten Möglichkeit des Wissensaustausch Möglichkeit des Wissensaustausch Das gesamte OP-Personal muss geschult werden Das gesamte OP-Personal muss geschult werden