Systemsteuerung eines "Single-Port" Systems für die minimal-invasive Chirurgie zur nahtlosen Einbettung in den Operationsablauf

• Applicants: Professor Dr.-Ing. Alois Knoll; Professor Dr.-Ing. Heinz Wörn
• Subject Area: Automation, Mechatronics, Control Systems, Intelligent Technical Systems, Robotics
• Term: from 2011 to 2015
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 136437427

Die minimalinvasive Chirurgie entwickelt sich gegenwärtig mit Blick auf die Traumareduktion zur „Single-Port“-Chirurgie, bei der alle Instrumente gebündelt durch einen einzelnen Zugang (hier: in den Bauchraum) eingeführt werden. Die dafür zu entwickelnden Systeme müssen sich nahtlos in die gewohnten chirurgischen Arbeitsabläufe einfügen, über eine großes Maß an mechanischer Flexibilität verfügen, sowie eine ausreichende Anzahl an Freiheitsgraden aufweisen, um die notwendigen Manipulationen vornehmen und Hindernisse umgehen zu können.Zur Realisierung des Potentials, das ein „Single-Port-System“ (SPS) bietet, ist die Erarbeitung von Antworten auf ganz neue Herausforderungen an die Steuerung und Bedienschnitt-stelle (zum Arzt hin) erforderlich. Für ein sicheres Operieren ist vor allem eine realitätsnahe „Immersion“ des Operateurs in den Situs unerlässlich: nur über eine intuitive Bedienung mittels einer multimodalen Schnittstelle zum Operateur wird die inhärente Komplexität des SPS mit seinen vielen Freiheitsgraden beherrschbar. Dafür werden neben einer Instrumenten-Kinematik und -Steuerung, die über eine „Ausdrucksstärke“ wie die menschlichen Arme verfügt, eine Kraftrückkopplung, eine 3D-Rekonstruktion des Situs und deren Darstellung mit überlagerten prä- und intraoperativen Daten benötigt. Ferner sollte das SPS unter-stützend kurze, automatisch ablaufende Aktionsfolgen anbieten, die auf Verlangen des Operateurs jederzeit abgerufen werden können. Perspektivisch kann auch eine situierte Analyse des Arbeitsablaufs durch externe Sensorik und eine Erkennung des gegenwärtigen „Operationszustandes“ berechnet werden, die für antizipatorische Unterstützung des Operateurs herangezogen werden kann.

• DFG Programme: Research Units
• Subproject of: FOR 1321: Single-Port Technology for Gastroenterological and Surgical Endoscopic Interventions
• Major Instrumentation: Haptischer Teleoperator
• Instrumentation Group: 2320 Greif- und Hebewerkzeuge, Verladeeinrichtungen