Mit dem Puls gehen
OP-Roboter synchronisiert sich mit dem Herzschlag
Roboter sollen Chirurgen künftig auch bei hochfeinen Operationen am schlagenden Herzen zur Hand gehen. Bisher mussten Mediziner selbst bei kleinen Eingriffen das Herz stilllegen, um nicht durch die Bewegungen von Muskeln und Organen gestört zu werden. Mit einem dreidimensionalen Computermodell sagt nun ein französisches Forscherteam feinste Bewegungen des Herzens und der Lunge vorher. Mit diesen Daten kann ein Roboterarm gesteuert werden, der sich mit dem Herzschlag synchronisiert. Ohne auf die Bewegungen der Organe Rücksicht nehmen zu müssen, könnte der Chirurg mit dem mechanisch geführten Skalpell als verlängertem Arm seine Schnitte setzen. Das System stellen die Wissenschaftler um Rogério Richa vom Montpellier Laboratory of Informatics, Robotics und Microelectronics im Fachmagazin "International Journal of Robotics Research" vor.
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Den Chirurgen ist die Unterstützung durch Informatik und Mechanik hochwillkommen. Sie bedienen sich seit über zehn Jahren der ruhigen Roboterhände, um winzige Schnitte in kritischen Körperbereichen durchzuführen. Allerdings schreckten die Mediziner davor zurück, die in jahrzehntelanger Industriearbeit auf hohe Beweglichkeit und Präzision getrimmte Mechanik bei einem bewegten Organ wie dem Herzen einzusetzen.
Diesen Schritt wollen die französischen Forscher nun mit ihrer 3-D-Modellierung ermöglichen. Da sich der Muskel beim Pumpen in alle Richtungen ausdehnt, ist die größte Hürde dabei, die sich stetig verändernde Form im Brustraum mathematisch darzustellen. Bisher versuchten die Wissenschaftler vergeblich, aus zweidimensionalen Bildern eine Momentaufnahme herzustellen, doch das mehrstufige Verfahren erwies sich als zu langsam. Auch scheiterte die traditionelle Bewegungsmessung, bei der Markierungen am bewegten Objekt beobachtet werden: Die unregelmäßige Form des Herzens verhinderte die gleichzeitige Sicht auf die Markierungen.
Das 3-D-Modell der Robotikinformatiker errechnet die Vorhersage dagegen in einem einzigen Schritt und soll so dem Mensch-Maschine-Team am OP-Tisch eine lebensechte Rückkopplung liefern: Der Roboterarm hält die von ihm geführten Instrumente kontinuierlich im Einklang mit dem pulsierenden Herzen. Die Methode könnte gerade bei den vielen Eingriffen, bei denen es nicht um Leben und Tod, sondern um Genauigkeit geht, hilfreich sein. Weil die Risiken während der Operation und die Komplikationen danach sinken, könnten die Roboter auch bei Bypass- und Gehirnoperationen Dienst tun.
Rogério Richa (Montpellier Laboratory of Informatics, Robotics und Microelectronics, Montpellier) et al.: International Journal of Robotics Research, Vol. 28, Bd. 11-12
ddp/wissenschaft.de – Rochus Rademacher
