Hydraulisk enhet för framtidens kirurgiska robot

Robotar kan hjälpa läkare att upptäcka och behandla tumörer, till exempel genom att placera en fin sond på rätt plats. Så att robotik bildbehandlingsförfaranden såsom magnetisk resonanstomografi, har IPA-ingenjörer utvecklat en ny drivteknik.

Tumörterapi utan risker och biverkningar? Ändå verkar detta otänkbart. Men i laboratorierna arbetar forskare redan med lösningar för framtidens medicin: "Ett av huvudmålen med forskningen är att utveckla teknik för minimalt invasiva interventioner som behandlar tumörer så exakt och effektivt att ingen frisk vävnad förstörs." , förklarar Johannes Horsch från projektgruppen Automation in Medicine and Biotechnology PAMB från Fraunhofer IPA.

Placera sonden med avbildning

Tillsammans med sitt team arbetar ingenjören med robotar, med hjälp av vilken en kirurg exakt kan placera en fin sond, ta ett prov eller termiskt behandla tumörvävnaden. För att föra en sådan sond exakt till önskad position krävs skicklighet och erfarenhet: Om läkaren introducerar den lilla sonden med en nål, måste han orientera sig med hjälp av bilder som indikerar positionen på skärmen. "Fram till nu används vanligtvis röntgenbaserade metoder för avbildning. Dessa har emellertid nackdelen att de inte representerar mjuk vävnad, till exempel organ, mycket bra. Dessutom leder de till ökad exponering för röntgenstrålar både hos läkaren och hos patienten, ”förklarar Horsch.

Största problemet: drivteknologi

"Mer potential för framtiden, därför magnetisk resonansavbildning, kort MR." Läkare som vill leda en sond med hjälp av MR-bilder till en lever-, lung- eller tarmtumör når snabbt sina gränser: Röret där patienten eller patienten Patienten ljuger, lämnar kirurgen knappast rörelsefrihet. För att lösa detta problem arbetar olika forskarteam runt om i världen med robotar för att sätta in nålen. "Det största problemet är drivteknologi", rapporterar Horsch. "Motorerna, vi talar om ställdon, bör inte innehålla ferromagnetiska eller elektriskt ledande material eftersom de kan störa MRI-avbildning. Klassiska elmotorer elimineras därför. "Även pneumatiska cylindrar som är svåra att kontrollera är inte lämpliga.

Plastbälg som hjärtat i enheten

IPA-ingenjörernas lösning: en hydraulisk robotdrivning. Kärnan i detta ställdon är plastbälgar tillverkade med 3D-tryckteknik. Dessa ser ut som en liten dragspel kopplad till ett tunt, vätskefylldt rör. När vätskan trycksätts expanderas eller böjs dragspelet. Denna krökning kan användas för att flytta en robotarm som till exempel styr en nålprob.

Genom att kombinera två hydrauliska ställdon kan robotarmen kontrolleras exakt i två rumsliga riktningar. Tack vare en kraftåterkopplingsmekanism känner kirurgen att robotarmen rör sig när sonden stöter på motstånd. "Den verkliga innovationen är att ställdonerna inte innehåller några delar som stör störningarna i MR-inspelningarna," sammanfattar Horsch. Hydrauliken kan generera stora krafter i ett litet utrymme. Detta löser rymdproblemen i MRI-röret. Även om du fortfarande behöver en motor som skapar trycket i linjerna, men den kan vara väl avskärmad i ett angränsande rum.

Ny drivteknologi uppfyller förväntningarna

Studier vid universitetssjukhuset Mannheim har nu visat att den nya drivtekniken uppfyller förväntningarna. "Detta lägger grunden för utvecklingen av ett praktiskt robotbaserat positioneringssystem för interventioner på MRI," säger Horsch. I ett uppföljningsprojekt vill han och hans team installera böjaktuatorerna i en robot som också ska tillverkas med 3D-tryckteknik. Forskarna och ingenjörerna vill testa detta i en preklinisk studie på kopior av mänskliga organ och vävnader, eftersom de används för utbildning av medicinsk personal.