Bd. 105 (2026): Vogt, Ivan: MRT-kompatible und robotische Assistenzsysteme für bildgestützte und minimal-invasive Eingriffe
Die Zukunft der interventionellen Medizin strebt nach reduzierter Invasivität chirurgischer Eingriffe. Trotz kontinuierlicher Verbesserungen durch bildgebende Verfahren wie Magnetresonanztomografie (MRT), Computertomografie und Sonografie bleibt die klinische Implementation robotischer Assistenzsysteme durch regulatorische, wirtschaftliche und technische Faktoren limitiert. Diese Arbeit präsentiert die Entwicklung und Evaluation eines robotischen Assistenzsystems (µRIGS) und eines abdominellen Bewegungsphantoms (MURPHY) mit Fokus auf MRT-gestützte Interventionen. µRIGS wurde optimiert, um autonome Interventionen und haptisches Feedback während des ferngesteuerten Nadelvorschubs zu ermöglichen. MURPHY dient als realistische Testplattform unter Berücksichtigung physiologischer Organbewegungen. Die Instrumentenpositionierungseinheit von µRIGS wurde durch technische Keramik optimiert und mittels 4m langer Bowdenzüge angetrieben. Das vakuum-basierte Robotik Patienten Interface (Durchmesser 13,5cm, 106g) ermöglicht die flexible Fixierung der Instrumentenpositionierungseinheit an verschiedenen Körperregionen mit Haltekräften von 10 − 66N. Eine integrierte Metamaterial-MRT-Spule verstärkt das Signal um bis zu 200% in einer Gewebetiefe von 2cm. Die sensorlose Kraftmessung nutzt den mechanischen Widerstand während des Nadelvorschubs für Kollisionserkennung und haptisches Feedback. Mit einer Abtastrate von 800Hz und einer Kraftauflösung von 0,26 ± 0,22N konnte in einer Nutzerstudie eine realistische haptische Wahrnehmung demonstriert werden. Die automatisierte Instrumentenpositionierung basiert auf MRT-gestützter Markerdetektion und erzielte eine Punktionsgenauigkeit von 1,31 ± 0,68mm bei einer Punktionsdauer von 2,3 ± 0,91min. MURPHY verwendet modifizierte Polyvinylalkohol-Kryogele zur Nachbildung verschiedener Gewebetypen und reproduziert deren Relaxationszeiten, dielektrische Eigenschaften und Elastizität. Jedoch zeigten die Langzeittests eine reduzierte Elastizität durch Flüssigkeitsverlust. Ein semi-flexibler Brustkorb und eine MRT-kompatible Bewegungseinheit ermöglichen die realistische Simulation atemgetriggerter Organbewegungen. Die entwickelten Systeme zeigen Verbesserungen gegenüber dem aktuellen Stand der Technik. Weitere Studien sind erforderlich, um die technologischen Fortschritte für eine breite klinische Implementierung zu validieren. Zentrale Aspekte umfassen die Verbesserung der robotischen Funktionalität an bewegten Körperregionen, die Optimierung der haptischen Wahrnehmung sowie die Erweiterung der multimodalen Einsatzmöglichkeiten. Das Ziel ist es, regulatorische und ökonomische Barrieren zu überwinden und telerobotische Operationstechniken für strukturschwache Regionen zu erschließen.
ISBN: 978-3-948749-61-3
