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Robotik in der MedizinRobotik in der Medizin 11
Roboter in der MedizinRoboter in der MedizinVon Nils Daniel ForkertVon Nils Daniel Forkert
4forkert@informatik.uni-hamburg.de4forkert@informatik.uni-hamburg.de
Proseminar: Anwendungen und Methoden in der modernen Robotik
Proseminarleiter: Prof. Dr. Jianwei Zhang
22Robotik in der MedizinRobotik in der Medizin
GliederungGliederung
Einleitung & Geschichte der medizinischen Einleitung & Geschichte der medizinischen RobotikRobotik
Technische AspekteTechnische Aspekte Das Da Vinci SystemDas Da Vinci System EinsatzmöglichkeitenEinsatzmöglichkeiten FazitFazit
33Robotik in der MedizinRobotik in der Medizin
Einleitung & GeschichteEinleitung & Geschichte
Ziel des Einsatzes computer- und Ziel des Einsatzes computer- und Roboterassistierter OP-Verfahren ist die Roboterassistierter OP-Verfahren ist die Verbesserung des operativen Eingriffs Verbesserung des operativen Eingriffs durch genauere Planung, erhöhte durch genauere Planung, erhöhte Präzision, Reproduzierbarkeit und Präzision, Reproduzierbarkeit und DokumentationDokumentation
Bild- und Datenverarbeitung in der Medizin Bild- und Datenverarbeitung in der Medizin nutzbar machennutzbar machen
44Robotik in der MedizinRobotik in der Medizin
Einleitung & GeschichteEinleitung & Geschichte
Zu der rasanten Etablierung von Zu der rasanten Etablierung von computergestützten Operationsverfahren computergestützten Operationsverfahren haben in den letzten Jahren mehrere haben in den letzten Jahren mehrere Faktoren beigetragen.Faktoren beigetragen. Bildgebende Verfahren Bildgebende Verfahren immer leistungsfähigerer Speicher und immer leistungsfähigerer Speicher und
Prozessoren Prozessoren ⇒⇒ Operationsbedingungen in Operationsbedingungen in Echtzeit zu realisieren Echtzeit zu realisieren
gestiegene Vertrauen gegenüber der Robotik gestiegene Vertrauen gegenüber der Robotik
55Robotik in der MedizinRobotik in der Medizin
Quelle: Statistisches Bundesamt, Gesundheitsberichterstattung
66Robotik in der MedizinRobotik in der Medizin
Einleitung & GeschichteEinleitung & Geschichte
Erstmalig wurde ein OP-Roboter im Jahre Erstmalig wurde ein OP-Roboter im Jahre 1991 im Rahmen einer transurethralen 1991 im Rahmen einer transurethralen Prostataresektion eingesetzt.Prostataresektion eingesetzt.
1994 wurde der US-amerikanische 1994 wurde der US-amerikanische Roboter Robodoc (© Integrated Surgical Roboter Robodoc (© Integrated Surgical Systems) erstmals bei einer größeren Systems) erstmals bei einer größeren Anzahl von Patienten zur passgenauen Anzahl von Patienten zur passgenauen Fräsung der Hüftschachtes eingesetzt Fräsung der Hüftschachtes eingesetzt
77Robotik in der MedizinRobotik in der Medizin
Einleitung & GeschichteEinleitung & Geschichte
Seit 1997 ist ein deutscher Roboter CASPAR ® Seit 1997 ist ein deutscher Roboter CASPAR ® (orto Marquet GmbH & Co KG) im Einsatz, der (orto Marquet GmbH & Co KG) im Einsatz, der genau wie der Robodoc im Bereich der genau wie der Robodoc im Bereich der Hüftoperationen arbeitetHüftoperationen arbeitet
Seit 1999 können mit diesem System nicht nur Seit 1999 können mit diesem System nicht nur Hüftendoprothesen erfolgreich implantiert Hüftendoprothesen erfolgreich implantiert werden, sondern auch das vordere Kreuzband werden, sondern auch das vordere Kreuzband ersetzt, sowie seit 2000 eine Knieendoprothese ersetzt, sowie seit 2000 eine Knieendoprothese implantiert werdenimplantiert werden..
88Robotik in der MedizinRobotik in der Medizin
in der Neurochirurgie wurden bildgeführte in der Neurochirurgie wurden bildgeführte Systeme schon früh eingesetzt, diese Systeme schon früh eingesetzt, diese ermöglichen vor allem eine bessere ermöglichen vor allem eine bessere Navigation im Gehirn Navigation im Gehirn
auch bei der Gewebeentnahme oder auch bei der Gewebeentnahme oder Tumorchirurgie spielen diese Systeme Tumorchirurgie spielen diese Systeme eine große Rolleeine große Rolle
z.B. Neuromate ®, Innovative Medical z.B. Neuromate ®, Innovative Medical Machines; MKM®, CarlZeiss Machines; MKM®, CarlZeiss
Einleitung & GeschichteEinleitung & Geschichte
99Robotik in der MedizinRobotik in der Medizin
Einleitung & GeschichteEinleitung & Geschichte
2001 ist in den USA ist erstmals der ZEUS 2001 ist in den USA ist erstmals der ZEUS Roboter (® Computer Motion) für eine Roboter (® Computer Motion) für eine Bypass-Operation am schlagenden Bypass-Operation am schlagenden Herzen eingesetzt wordenHerzen eingesetzt worden
Mit dem Zeus-System ist es einem Mit dem Zeus-System ist es einem außerdem einem Chirurgen gelungen von außerdem einem Chirurgen gelungen von New York aus, einer Patientin in Straßburg New York aus, einer Patientin in Straßburg erfolgreich die Gallenblase zu entfernen.erfolgreich die Gallenblase zu entfernen.
1010Robotik in der MedizinRobotik in der Medizin
Unter anderem auf Grund dieses Erfolges hat Unter anderem auf Grund dieses Erfolges hat die Nasa im Jahre 2004 beschlossen dieses die Nasa im Jahre 2004 beschlossen dieses System in ihrem Projekt NEEMO 7 zu System in ihrem Projekt NEEMO 7 zu integrierenintegrieren
Das NASA-Projekt NEEMO 7 (NASA Extreme Das NASA-Projekt NEEMO 7 (NASA Extreme Environment Mission Operations) dient unter Environment Mission Operations) dient unter anderem zur Überprüfung von Funkgesteuerten anderem zur Überprüfung von Funkgesteuerten medizinischen Robotersystemen in medizinischen Robotersystemen in Raumschiffen auf erdnahen Bahnen. Raumschiffen auf erdnahen Bahnen.
Einleitung & GeschichteEinleitung & Geschichte
1111Robotik in der MedizinRobotik in der Medizin
Technische AspekteTechnische Aspekte
drei Teilgebiete:drei Teilgebiete: aktive und semiaktive Navigatoren, aktive und semiaktive Navigatoren, passive Navigatorenpassive Navigatoren telechirurgische Arbeitsstationen telechirurgische Arbeitsstationen
Alle Systeme arbeiten mit Software, zur Alle Systeme arbeiten mit Software, zur 3D-Modellerstellung, zur präopertaiven 3D-Modellerstellung, zur präopertaiven Planung, zur intraoperativen Bildgebung, Planung, zur intraoperativen Bildgebung, sowie zur Registrierungsowie zur Registrierung
1212Robotik in der MedizinRobotik in der Medizin
aktive Navigatorenaktive Navigatoren
aktiven Navigatoren können mit ihren aktiven Navigatoren können mit ihren Instrumenten selbstständig Operatios-Instrumenten selbstständig Operatios-schritte am Patienten durchführenschritte am Patienten durchführen
Hauptanwendungsbereich: Hüft- und Hauptanwendungsbereich: Hüft- und Knieendoprothetik, bei Revisions-Knieendoprothetik, bei Revisions-operationen des Hüftgelenkes und Ersatz operationen des Hüftgelenkes und Ersatz des vorderen Kreuzbandes.des vorderen Kreuzbandes.
1313Robotik in der MedizinRobotik in der Medizin
Semiaktive Navigatoren Semiaktive Navigatoren
Können nicht selbstständig Können nicht selbstständig Operationsschritte durchführen Operationsschritte durchführen
Ihre Aufgabe ist Führungshülsen zu Ihre Aufgabe ist Führungshülsen zu halten, deren Position anhand CT- oder halten, deren Position anhand CT- oder MRT-Bildern vorgegeben wurde MRT-Bildern vorgegeben wurde
1414Robotik in der MedizinRobotik in der Medizin
Technologie Aktive und Semiaktive Technologie Aktive und Semiaktive NavigatorenNavigatoren
Aktive und Semiaktive Navigatoren weisen eine Aktive und Semiaktive Navigatoren weisen eine gewisse Ähnlichkeit zu Industrierobotern aufgewisse Ähnlichkeit zu Industrierobotern auf
Man kann diese Navigatoren weiter in Man kann diese Navigatoren weiter in Schwenkarm- (SCARA-Roboter) und Schwenkarm- (SCARA-Roboter) und Knickarmroboter (PUMA-Roboter) unterteilen. Knickarmroboter (PUMA-Roboter) unterteilen.
Sicherheit: Geschwindigkeitsbegrenzung, Kraft- Sicherheit: Geschwindigkeitsbegrenzung, Kraft- und Arbeitsraum-Überwachung, und Arbeitsraum-Überwachung, Knochenbewegungsüberwachung sowie Knochenbewegungsüberwachung sowie Fräsmotorenüberwachung Fräsmotorenüberwachung
1515Robotik in der MedizinRobotik in der MedizinQuelle: http://www.utc.fr/~farges/dess_tbh/99-00/Projets/robots/Image7.jpg
1616Robotik in der MedizinRobotik in der Medizin
passive Navigatoren passive Navigatoren
Passive Navigatoren dienen der Passive Navigatoren dienen der Orientierung am Patienten sowie einer Orientierung am Patienten sowie einer präzisen präoperativen Planungpräzisen präoperativen Planung
Die Hauptanwendungsbereiche: Die Hauptanwendungsbereiche: Wirbelsäulenchirurgie, Knie- und Wirbelsäulenchirurgie, Knie- und Hüftendoprothetik, der Neurochirurgie, Hüftendoprothetik, der Neurochirurgie, HNO-Anwendungen, Kieferchirurgie und HNO-Anwendungen, Kieferchirurgie und Tumor-Resektionen.Tumor-Resektionen.
1717Robotik in der MedizinRobotik in der Medizin
drei unterschiedlichen Systemansätzen: drei unterschiedlichen Systemansätzen: CT-Navigation, Kinematik-Navigation und CT-Navigation, Kinematik-Navigation und C-Bogen-NavigationC-Bogen-Navigation
Position von den Endeffektoren wird relativ Position von den Endeffektoren wird relativ zu den Knochen dargestelltzu den Knochen dargestellt
z.B. Orthopilot, OTS, Robodentz.B. Orthopilot, OTS, Robodent
passive Navigatoren passive Navigatoren
1818Robotik in der MedizinRobotik in der Medizin
Quelle: http://www.orthopilot.de/
1919Robotik in der MedizinRobotik in der Medizin
telechirurgische Arbeitsstationentelechirurgische Arbeitsstationen
Die Anwendung von endoskopischen Die Anwendung von endoskopischen Instrumenten können Bewegungen auf Instrumenten können Bewegungen auf beengtem Raum ausgeführt werdenbeengtem Raum ausgeführt werden
Der Chirurg hat kein unmittelbaren Der Chirurg hat kein unmittelbaren Einfluss auf das OperationsfeldEinfluss auf das Operationsfeld
Räumliche Trennung führt zu Räumliche Trennung führt zu Wissenstransfer Wissenstransfer
2020Robotik in der MedizinRobotik in der Medizin
telechirurgische Arbeitsstationentelechirurgische Arbeitsstationen
Bewegungsrichtung der Instrumente auf Bewegungsrichtung der Instrumente auf dem Monitor entspricht dem Monitor entspricht Bewegungsrichtung der ManipulatorenBewegungsrichtung der Manipulatoren
Dämpfung von unerwünschten Dämpfung von unerwünschten Bewegungen „no-go-areas“Bewegungen „no-go-areas“
Unterteilung in Optische-, Magnetische-, Unterteilung in Optische-, Magnetische-, Mechanische- und Ultraschall-LocalizerMechanische- und Ultraschall-Localizer
z.B. Zeuss, Da Vinci, Aesop, Artemis z.B. Zeuss, Da Vinci, Aesop, Artemis
2121Robotik in der MedizinRobotik in der Medizin
Quelle: http://www.utc.fr/~farges/dess_tbh/99-00/Projets/robots/Image8.jpg
2222Robotik in der MedizinRobotik in der Medizin
Das Da Vinci SystemDas Da Vinci System
Entwickelt von Intuitive Surgical Inc.Entwickelt von Intuitive Surgical Inc. Seit 1998 im EinsatzSeit 1998 im Einsatz Seit 15. März 2004 am UKE im EinsatzSeit 15. März 2004 am UKE im Einsatz Das 1,4 Mio Euro teure Gerät wurde aus Das 1,4 Mio Euro teure Gerät wurde aus
Landesmitteln der Freien uns Hansestadt Landesmitteln der Freien uns Hansestadt Hamburg und des Bundes finanziertHamburg und des Bundes finanziert
Es ist die einzige Anlage ihrer Art in Es ist die einzige Anlage ihrer Art in NorddeutschlandNorddeutschland
2323Robotik in der MedizinRobotik in der Medizin
Das Da Vinci SystemDas Da Vinci System
Feinste mikrochirurgische Techniken Feinste mikrochirurgische Techniken lassen sich endoskopisch vornehmenlassen sich endoskopisch vornehmen
Das System besteht aus zwei Das System besteht aus zwei Komponenten:Komponenten: SteuerkonsoleSteuerkonsole RoboterarmeRoboterarme
Der Chirurg sitzt ca. 3 Meter vom Der Chirurg sitzt ca. 3 Meter vom Operationstisch entferntOperationstisch entfernt
2424Robotik in der MedizinRobotik in der Medizin
Das Da Vinci SystemDas Da Vinci System
Ein Computer überträgt die Bewegungen Ein Computer überträgt die Bewegungen an die Roboterarmean die Roboterarme
Eine Kamera liefert ein 3D-Bild in bis zu Eine Kamera liefert ein 3D-Bild in bis zu 10 facher Vergrößerung an die 10 facher Vergrößerung an die SteuerkonsoleSteuerkonsole
Die Hände des Chirurgen ruhen unterhalb Die Hände des Chirurgen ruhen unterhalb des Monitorsdes Monitors
Die Übersetzung ist zitterfrei und Die Übersetzung ist zitterfrei und skalierbarskalierbar
2525Robotik in der MedizinRobotik in der Medizin
Das Da Vinci SystemDas Da Vinci System
Der Chirurg wird nicht überflüssigDer Chirurg wird nicht überflüssig Größere PräzisionGrößere Präzision Elektromotoren sprechen mit einer Elektromotoren sprechen mit einer
Verzögerung im Millisekundenbereich anVerzögerung im Millisekundenbereich an Subjektiv: Gefühl der EchtzeitSubjektiv: Gefühl der Echtzeit
2626Robotik in der MedizinRobotik in der Medizin
2727Robotik in der MedizinRobotik in der Medizin
2828Robotik in der MedizinRobotik in der Medizin
2929Robotik in der MedizinRobotik in der Medizin
3030Robotik in der MedizinRobotik in der Medizin
EinsatzmöglichkeitenEinsatzmöglichkeiten
Entfernte und abgelegene OrteEntfernte und abgelegene Orte Operationen bei denen Spezialisten Operationen bei denen Spezialisten
benötigt werdenbenötigt werden RaumfahrtRaumfahrt MilitärMilitär
3131Robotik in der MedizinRobotik in der Medizin
FazitFazit
Sehr großes Angebot an Sehr großes Angebot an Navigationssystemen und RoboternNavigationssystemen und Robotern Firmen werden durch andere akquiriertFirmen werden durch andere akquiriert
Eine klare Trennung zwischen Roboter, Eine klare Trennung zwischen Roboter, Navigationssysteme und telechirurgische Navigationssysteme und telechirurgische Arbeitsstationen ist problematischArbeitsstationen ist problematisch
Die Anschaffung bedeutet einen hohen Die Anschaffung bedeutet einen hohen InvestitionsaufwandInvestitionsaufwand
3232Robotik in der MedizinRobotik in der Medizin
FazitFazit
Neben den bereits erwähnten Teilgebieten der Neben den bereits erwähnten Teilgebieten der Medizin (Knochen-, Neuro, Herzchrurgie) wird Medizin (Knochen-, Neuro, Herzchrurgie) wird die Telechirurgie auch in der Gynäkologie, die Telechirurgie auch in der Gynäkologie, Augenchirurgie, und Gefäßchirurgie zukünftig Augenchirurgie, und Gefäßchirurgie zukünftig gut einsetzbar seingut einsetzbar sein
Ein Einsatz dieser Systeme wird bald in fast Ein Einsatz dieser Systeme wird bald in fast alles chirurgischen Teilgebieten möglich und alles chirurgischen Teilgebieten möglich und auch sinnvoll seinauch sinnvoll sein
Durch zusätzliche Gelenke im Roboter ist eine Durch zusätzliche Gelenke im Roboter ist eine variablere und beweglichere Führung des variablere und beweglichere Führung des Operationsbesteckes möglich.Operationsbesteckes möglich.
3333Robotik in der MedizinRobotik in der Medizin
FazitFazit
größere Präzision, sowie gute größere Präzision, sowie gute DokumentationsmöglichkeitenDokumentationsmöglichkeiten
Möglichkeit des WissensaustauschMöglichkeit des Wissensaustausch Das gesamte OP-Personal muss geschult Das gesamte OP-Personal muss geschult
werdenwerden
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