Mikromanipulatoren für die HNO-Chirurgie

• Antragsteller: Professor Dr. Tim C. Lüth; Professor Dr. Gero Strauß
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik ; Hals-Nasen-Ohrenheilkunde, Phoniatrie und Audiologie
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 106843456

• Erstellungsjahr: 2021

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Bei mikrochirurgischen Eingriffen im Mittelohr, zum Beispiel Operationen an den Gehörknöchelchen, wird unter unergonomischen Bedingungen mit händisch geführten Feininstrumenten an kleinsten Strukturen operiert. Die eingeschränkte Sicht auf das Operationsgebiet, das Zittern (Tremor) und die begrenzte Genauigkeit der menschlichen Hand erschweren diesen Eingriff. Dies führt zu einer hohen Belastung des Chirurgen und kann das chirurgische Ergebnis verschlechtern. In der ersten Projektphase wurde ein Mikromanipulator entwickelt, der mittels Joystickkonsole angesteuert wird und chirurgische Standardinstrumente halten, bewegen und bedienen kann. In der zweiten Projektphase wurde dieser Mikromanipulator mit seinem kleinen Arbeitsraum um einen Roboterarm (Makromanipulator) erweitert. Dadurch ergibt sich ein größerer Arbeitsraum, mehr Freiheitsgrade sowie die Möglichkeit, den Mikromanipulator während der Operation aus dem Operationsgebiet zu entfernen und anschließend zielgenau an seine ursprüngliche Position zurückzufahren. Dies ist beispielsweise bei einem Wechsel des Instruments nützlich, aber auch, wenn manuelles Operieren des Chirurgen notwendig wird. Um diesen Makromanipulator einfach ansteuern zu können, wurden mehrere Konzepte umgesetzt, darunter Handführung und Integration der Steuerung in die Joystickkonsole. Zudem wurde der Mikromanipulator um ein System zur Vermessung der Strukturen im Mittelohr erweitert. Dies ist wichtig, um beispielsweise Prothesenlängen zu ermitteln. Um stets einen guten Blick auf das Operationsgebiet zu haben, wurde ein mitfahrendes Endoskop auf den Mikromanipulator aufgesetzt. Das entwickelte 3D-gedruckte Mittelohrphantom weist einen sehr hohen Detailgrad auf und kann zu Trainingszwecken eingesetzt werden, beispielweise als Vorbereitung auf einen mikrochirurgischen Eingriff im Mittelohr. Es wurde durch klinische Experten als realistisch bewertet.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• (2014): First 3D printed medical robot for ENT surgery - Application specific manufacturing of laser sintered disposable manipulators. IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), Chicago, IL, USA, 14-18 September, 2014, pp. 4278–4283
  Entsfellner, K.; Kuru, I.; Maier, T.; Gumprecht, J. D. J.; Lueth, T.C.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1109/IROS.2014.6943166)
• (2015): A modular micro-macro robot system for instrument guiding in middle ear surgery. IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics (ROBIO), Zhuhai, China, 6-9 December, 2015, pp. 374–379
  Entsfellner, K.; Schuermann, J.; Coy, J.A.; Strauss, G.; Lueth, T.C.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1109/ROBIO.2015.7418796)
• (2015): A new physical temporal bone and middle ear model with complete ossicular chain for simulating surgical procedures. IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics (ROBIO), Zhuhai, China, 6-9 December, 2015, pp. 1654–1659
  Entsfellner, K.; Kuru, I.; Strauss, G.; Lueth, T.C.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1109/ROBIO.2015.7419009)
• Ein modular konfigurierbares Assistenzsystem zur Perforatorführung bei der Stapedotomie, Dissertation, Technische Universität München, 2017
  Entsfellner, K.
  
• (2018): A Kinesthetic Teaching System for a Robotic Arm for Middle Ear Surgery. IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics (ROBIO), Kuala Lumpur, Malaysia, 12-15 December, 2018, pp. 1870–1875
  Detzel, S.; Steinberger, M.; Lueth, T.C.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1109/ROBIO.2018.8665216)
• (2019): Design of gear surface models for 3D-printing of plastic gears. International Conference on High Performance Plastic Gears, Garching b. München, September 17-19, 2019
  Detzel, S.; Krieger, Y. S.; Traeger, M. F.; Lueth, T. C.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.51202/9783181023556-1401)
• (2021): Spray-on Capacitive Proximity Sensors in 3D Printed Robotic Links. ASME International Mechanical Engineering Congress & Exposition (IMECE), Virtual, 1-5 November, 2021
  Detzel, S.; Krieger, Y.S.; Hoefer, R.W.; Robe, A.; Sigling, A.C.; Lueth, T.C.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1115/IMECE2021-68910)