Sensorgesteuerter Roboter

Höchste Präzision bei Wirbelsäulenoperationen

Forschende der Universität Bern, des Inselspitals Bern und des Schweizer Zentrums für Elektronik und Mikrotechnologie entwickeln gemeinsam mit Partnern aus der Industrie einen hochpräzisen, sensorgestützten Operationsroboter für Wirbelsäulenoperationen.

Roboter

Modell der Wirbelsäule mit vier Pedikelschrauben zur Wirbelsäulenstabilisation | Pascal Gugler für Insel Gruppe AG

Im Rahmen des Projekts «Towards Intelligent Sensor-enhanced Robotic Neurosurgery» entwickeln Andreas Raabe von der Universitätsklinik für Neurochirurgie am Inselspital Bern, Stefan Weber vom ARTORG Center for Biomedical Engineering der Universität Bern sowie Olivier Chételat vom Schweizer Zentrum für Elektronik und Mikrotechnologie eine neue robotisch unterstützte Operationsmethode, die ein neues Maß an Sicherheit für komplizierte Wirbelsäulenoperationen bietet. Mit der Methode sollen Stabilisierungsschrauben in der Wirbelsäule sicher, genau und ohne Verletzungen des umliegenden Gewebes angebracht werden können.

Orthopädie

Eine HWS-Instabilität beschreibt eine Überbeweglichkeit eines Bereichs der Halswirbelsäule. Dies kann durch mechanische Probleme, knöcherne Fehlbildungen (z. B. Frakturen) oder einer Bandlaxizität entstehen.

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Grundlage dafür bilden verschiedene patentierte Sensortechnologien, die die Wirbelsäule von innen «abtasten». Gemeinsam mit den Industriepartnern Rotomed AG, Inomed GmbH und CAScination AG hat das Team sein Vorhaben beim Programm «BRIDGE Discovery» eingereicht, mit dem der Schweizerische Nationalfonds und die Kommission für Technologie und Innovation des Bundes gemeinsam technologische Innovationen fördern. Das Projekt erhält einen Förderbeitrag von zwei Millionen Franken über einen Zeitraum von vier Jahren.

Die chirurgische Wirbelsäulenstabilisation ist eine der am häufigsten durchgeführten Rückenoperationen. Die Zahlen nehmen weiterhin zu, da in einer alternden Bevölkerung immer mehr Eingriffe zur Behandlung von degenerativen Wirbelsäulenerkrankungen nötig sind. Bei solchen Operationen werden in mehrere Wirbelknochen Schrauben (sogenannte Pedikelschrauben) eingesetzt und später miteinander verbunden, um die Wirbelsäule wiederaufzurichten und zu stabilisieren. Rund 15 Prozent der Schrauben können nicht erfolgreich platziert werden, da die Wirbelsäule mit ihrem «unebenen Terrain» nicht einsehbar ist und eine große Herausforderung darstellt. Wenn die Pedikelschraube nicht exakt in der Mitte des Wirbelsäulenknochens angebracht wird, besteht die Gefahr, dass das spitze Ende aus dem Knochen hervorragt und umliegende Nerven oder Gewebeteile verletzt. Dies soll sich ändern: «Mit unserer Technologie können wir das Risiko einer Fehlplatzierung der Pedikelschraube auf nahezu Null senken. Wir sehen es als Zukunft der Wirbelsäulenchirurgie», so Andreas Raabe.

Hundertfach empfindlicher als die Hand eines Chirurgen

Um die Komplikation bei Wirbelsäulenoperationen in Zukunft vollständig zu vermeiden, entwickeln die Forscher eine roboterbasierte Operationsmethode auf der Basis verschiedener patentierter Sensortechnologien. Diese sind hundertfach empfindlicher als die Hand eines Chirurgen und erlauben es, die Wirbelsäule während der Operation in Echtzeit mithilfe elektrischer und mechanischer Signale «abzutasten», und so die Lage des Bohrinstruments relativ zur Anatomie optimal einzustellen.

Zum einen wird der Roboter über die sogenannte Elektromyographie (EMG) gesteuert, mit der in der Nähe liegende Nerven aufgespürt werden, zum anderen wird die Knochendichte kontinuierlich gemessen, um die Position des Roboters exakt und reproduzierbar zu bestimmen. So können die Schrauben bei jeder Operation hochpräzise platziert werden. «Dank der Kombination von EMG mit Operationsrobotern gibt es nun bei Operationen ein Frühwarnsystem für Nervenzellen. Die Integration in einen sensorgesteuerten Operationsroboter ist ein großer Durchbruch für diese Technologie. In Zukunft wird man sie auch in anderen klinischen Bereichen einsetzen können», sagt Olivier Chételat.

Quelle: Universität Bern, 21.12.2017