Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Erster Roboter zum sensorüberwachten Fräsen am Schädelknochen

05.02.2002


Fräsroboter mit Kraftsensorik im Detail


In ein Präparat gefrästes Implantatlager mit eingesetztem Implantat


Roboter werden heutzutage bereits erfolgreich im Operationssaal zum Ausfräsen eines Implantatlagers im Oberschenkelknochen zur Aufnahme einer totalen Hüftendoprothese eingesetzt. Diesen hochpräzise Operationsschritt kann ein Roboter viel genauer durchführen als es ein Mensch könnte. Gerade im Bereich der Kopfes mit der seiner differenzierten Anatomie besteht ein großer Bedarf an hochpräziser Fräsarbeit. So gibt es neben den konventionellen Hörgeräten seit etwa 3 Jahren auch Geräte, die teilweise unter die Haut in den Knochen implantiert werden. Dieser Eingriff kann schwerhörigen oder tauben Menschen wieder zum Hören verhelfen. Zum Implantieren wird im Schädelknochen eine Vertiefung angelegt, in welche die Teile des Hörgeräts eingelegt werden. Dieser Eingriff wird bisher manuell mit einer Fräse durchgeführt. Ein analoger Eingriff mit Ausfräsen eines Teiles des Schädelknochens hinter dem Ohr wird auch z.B. bei bestimmten Tumoren im Ohrbereich notwendig.

Der Schädelknochen ist an manchen Stellen nur wenige Millimeter dünn. Mit größter Vorsicht muss darauf geachtet werden, dass die harte Hirnhaut (Dura Mater) nicht verletzt wird. Noch delikater ist das Fräsen in der Tiefe des Schläfenbeines (der Teil des Schädels, in dem sich das Ohr befindet), weil dort Nervenbahnen verlaufen, die die Gesichtsmuskulatur versorgen. Diese hochpräzise und kraftaufwendige Fräsarbeit ist ermüdend, so dass man hier nach Alternativen sucht.

Roboter fräst erstmals selbständig im Schädelknochen

In einem Kooperationsprojekt hat der Lehrstuhl "Eingebettete Systeme und Robotik" (RESY) des Fachbereichs Informatik an der Universität Kaiserslautern unter Leitung von Prof. Dr. Dominik Henrich im Jahr 2001 nun einen Roboter entwickelt, der diese Arbeit dem menschlichen Chirurgen abnehmen kann. Innerhalb von neun Monaten Entwicklungszeit wurde ein Prototyp des Systems aus Computer und Roboter entwickelt, das die gesamte Positionierungs- und Fräsarbeit sowie die Kontrolle beim Fräsen an der Schädelbasis übernimmt. In Kooperation mit Prof. Dr. Peter Plinkert, Direktor der Hals-Nasen-Ohren-Klinik an den Universitäten des Saarlandes in Homburg (Saar), wurde das System experimentell an Präparaten erfolgreich getestet.

Sicherheit durch Sensorüberwachung

Dazu ist auf einem konventionellen Industrieroboter eine chirurgische Fräse montiert. Zunächst wählt der Chirurg am Computer das Implantat aus, für das ein Lager gefräst werden soll. Mit Hilfe einer Datenbank, in der die CAD-Formen der Implantate gespeichert sind, wird die gewünschte Fräsbahn automatisch erzeugt. Als nächstes wird der Roboter von Hand an die Eingriffsstelle geführt, und nach einer Bestätigung durch den Chirurgen beginnt der Roboter seine Arbeit. Die Form des implantierbaren Hörgerätes wird Schicht für Schicht selbständig immer tiefer aus dem Schädel ausgefräst.

Dabei werden die Kräfte aufgezeichnet und kontrolliert, die beim Fräsen auftreten. Falls die Kräfte ein sinnvolles Maß überschreiten, wird die Operation unterbrochen, so dass sie immer sicher für den Patienten ist. Da der Roboter die Fräse viel präziser und gleichzeitig kräftiger als ein Mensch führt, kann sehr genau in dem Schädelknochen gefräst werden, ohne die Hirnhaut im geringsten zu verletzen. Ein Durchbruch durch den Knochen wird durch die Sensorunterstützung sofort erkannt und kontrolliert. Außerdem ist durch die präzise Führung des Roboters sogar ein längerer Kontakt des Fräskopfes mit der Hirnhaut möglich.

RONAF - Robotergestützte Navigation zum Fräsen an der lateralen Schädelbasis

Der Fräsroboter wurde auf dem Symposium "Telemedizin und Robotik" im September 2001 in Homburg dem Fachpublikum vorgestellt. Der Fortbestand des Projektes ist gesichert: Ab 2002 wird es von der Deutschen Forschungsgemeinschaft im Rahmen des Schwerpunktprogrammes "Medizinische Navigation und Robotik" gefördert. Weitere Arbeiten am RONAF-Projekt, die Funktionalität, Ergonomie und Geschwindigkeit des bestehenden Systems weiter erhöhen sollen, sind im Gange. In zwei Jahren schließlich werden klinische Untersuchungen angestrebt, bei denen mehreren Patienten robotergestützt Hörgerätsimplantate eingesetzt werden sollen.

Ansprechpartner:
Prof. Dr. Dominik Henrich
Fachbereich Informatik
AG Eingebettete Systeme und Robotik (RESY)
Tel.: 0631 / 205 2635
E-Mail: henrich@informatik.uni-kl.de

Prof. Dr. Peter K. Plinkert
Direktor der Universitätsklinik für Hals-,
Nasen- und Ohrenkrankheiten in Homburg
Tel.: 06841 / 16 22983
E-Mail: hnoppli@uniklinik-saarland.de

Angela Michelfelder | idw
Weitere Informationen:
http://resy.informatik.uni-kl.de/projects/RONAF/

Weitere Berichte zu: Hirnhaut Hörgerät Roboter Robotik

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizin Gesundheit:

nachricht Neue Methode der Eisenverabreichung
26.04.2017 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

nachricht Bestrahlung bei Hirntumoren? Eine neue, verlässlichere Einteilung erleichtert die Entscheidung
26.04.2017 | Universitätsklinikum Heidelberg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizin Gesundheit >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Ballungsräume Europas

26.04.2017 | Veranstaltungen

200 Weltneuheiten beim Innovationstag Mittelstand in Berlin

26.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Wie digitale Technik die Patientenversorgung verändert

26.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Akute Myeloische Leukämie: Ulmer erforschen bisher unbekannten Mechanismus der Blutkrebsentstehung

26.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Naturkatastrophen kosten Winzer jährlich Milliarden

26.04.2017 | Interdisziplinäre Forschung

Zusammenhang zwischen Immunsystem, Hirnstruktur und Gedächtnis entdeckt

26.04.2017 | Biowissenschaften Chemie