Operieren ohne Narben

Durch kleinste Zugänge flexibel zum Ort der Operation zu gelangen und dort zielsicher behandeln zu können: Das ist das Ziel von Dr.-Ing. Jessica Burgner-Kahrs und ihrem Team vom Mechatronik-Zentrum der Leibniz Universität Hannover.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler entwickeln Kontinuumsroboter, die aus ineinandergesteckten dünnen Röhrchen aufgebaut sind. Mit einer schlangen- oder tentakelartigen Bewegung können diese Instrumente flexibel um die Ecke herum manipulieren und werden besonders gut für Gehirnoperationen durch die Nase beziehungsweise für Eingriffe geeignet sein, bei denen nur minimale Narben entstehen sollen.

Die im Moment in der minimal-invasiven Chirurgie eingesetzten Instrumente sind größtenteils aus Edelstahl, entsprechend starr und lediglich über Gelenke steuerbar. Die neuen flexiblen, an schmale Elefantenrüssel erinnernde Roboter bestehen aus verformbarem, flexiblem Nitinol und sind sehr dünn: unter 2,5 Millimeter im Durchmesser.

Die Forschungsarbeit von Dr.-Ing. Burgner-Kahrs wird im Emmy Noether-Programm der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) mit knapp 1,3 Millionen Euro für fünf Jahre gefördert. Die 33-jährige Informatikerin war von 2010 bis 2012 Research Associate bei einem der Pioniere auf diesem Gebiet an der Vanderbilt University in Nashville, USA.

Dann kam sie mit einem Stipendium zur Rückgewinnung von deutschen Wissenschaftlern aus dem Ausland ans Mechatronik-Zentrum der Leibniz Universität. Ihr Team beschäftigt sich als erste Forschergruppe in Deutschland mit dem Thema „Kontinuumsroboter für chirurgische Systeme“.

Die ersten Versuche an Modellen sind sehr vielversprechend. Nach Einschätzung von Jessica Burgner-Kahrs werden noch etwa fünf bis zehn Jahre Forschung nötig sein, bis die Roboter tatsächlich in der medizinischen Praxis eingesetzt werden können. „Wir forschen sehr interdisziplinär zwischen Informatik, Maschinenbau, Elektrotechnik und Medizin“, erläutert sie.

Die Informatik kümmert sich um die Algorithmen, mit denen mehrere Motoren den Antrieb der Geräte steuern. Mit Materialfragen und baulichen Aspekten befassen sich Maschinenbau und Elektrotechnik. „Es freut mich besonders, dass viele Studierende sehr engagiert im Rahmen ihrer Abschlussarbeiten oder als Hilfskräfte mitarbeiten“, sagt Dr.-Ing. Burgner-Kahrs.

Im Moment fokussieren sich die Wissenschaftler auf zwei Einsatzfelder der neuen Roboter. Zum einen testen sie den Einsatz bei der Operation von gutartigen, relativ häufig vorkommenden Hypophysen-Tumoren im Gehirn. Diese Tumoren mit ihrer geleeartigen Konsistenz können durch die flexiblen Geräte sehr gut zum Beispiel durch die Nase erreicht werden.

Zum anderen geht es um das Absaugen von Blutgerinnseln im Gehirn von Schlaganfallpatienten. Bisher wurden die Roboter an Plastik- und auch Leichenschädeln ausprobiert. Im Anschluss sind Versuche an Schweinen geplant, bevor es in Richtung Patientenstudien und Zusammenarbeit mit Industriepartnern geht. Durch Kooperationen mit der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH) und großes Interesse von Ärzten ist die Praxis-Erprobung auf einem guten Weg.

Hinweis an die Redaktion:
Für weitere Informationen steht Ihnen Dr.-Ing. Jessica Burgner-Kahrs, Mechatronik-Zentrum der Leibniz Universität Hannover, unter Telefon +49 511 762 4789 oder per E-Mail unter burgner@mzh.uni-hannover.de gern zur Verfügung.