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Annegret Niesche
Handgehaltener Miniaturroboter für die orthopädische Chirurgie
Zur Unterstützung von Operateur*innen bei der effektiven und effizienten Knochenbearbeitung bei minimal-invasivem Zugang wurden zahlreiche Assistenzsysteme entwickelt. Eine Interaktion nach dem Prinzip der synergistischen Kontrolle ermöglicht unter stetiger aktiver Einbindung der Anwender*innen in den Prozess die Kontrolle und Optimierung einzelner Zielgrößen durch das robotische Assistenzsystem. Bisherige Ansätze zeigen jedoch Nachteile bezüglich der flexiblen Integration in das chirurgische Arbeitsumfeld und den Arbeitsablauf, erfordern eine invasive Knochenfixierung oder bieten nur begrenzte Möglichkeiten zur Prozessoptimierung.
In dieser Arbeit wird der Ansatz eines synergistischen handgehaltenen, aktiven Roboters zur Fräsbearbeitung von Knochen aufgegriffen. Nach manueller Grobpositionierung führt der Roboter die Feinbewegung des Fräsinstruments aus und kompensiert dabei unerwünschte Relativbewegungen. Durch manuelle Umpositionierung des Roboters wird der erreichbare Arbeitsraum erweitert. Zur Stabilisierung wird das System um eine mechanische Abstützung erweitert.
Exemplarisch für die Herstellung des Implantatsitzes bei der unikondylären Kniearthroplastik (UKA) wurde ein beidhändig geführter Roboter mit einem Gewicht von 2,5 kg realisiert. Zudem wurden Strategien zur Umpositionierung unter Nutzung der Abstützung vorgestellt. Die Anwendbarkeit des Roboters wurde im Rahmen einer am Humanpräparat durchgeführten UKA demonstriert. Die erzielte Bearbeitungsgenauigkeit und -effizienz liegt im Bereich eines kommerziellen, visuell geführten handgehaltenen Systems für die UKA. Dieses erlaubt, im Gegensatz zu dem hier untersuchten Roboter, jedoch keine automatisierte Regelung und damit systematische Kontrolle der Fräsbahnparameter.
In dieser Arbeit wird der Ansatz eines synergistischen handgehaltenen, aktiven Roboters zur Fräsbearbeitung von Knochen aufgegriffen. Nach manueller Grobpositionierung führt der Roboter die Feinbewegung des Fräsinstruments aus und kompensiert dabei unerwünschte Relativbewegungen. Durch manuelle Umpositionierung des Roboters wird der erreichbare Arbeitsraum erweitert. Zur Stabilisierung wird das System um eine mechanische Abstützung erweitert.
Exemplarisch für die Herstellung des Implantatsitzes bei der unikondylären Kniearthroplastik (UKA) wurde ein beidhändig geführter Roboter mit einem Gewicht von 2,5 kg realisiert. Zudem wurden Strategien zur Umpositionierung unter Nutzung der Abstützung vorgestellt. Die Anwendbarkeit des Roboters wurde im Rahmen einer am Humanpräparat durchgeführten UKA demonstriert. Die erzielte Bearbeitungsgenauigkeit und -effizienz liegt im Bereich eines kommerziellen, visuell geführten handgehaltenen Systems für die UKA. Dieses erlaubt, im Gegensatz zu dem hier untersuchten Roboter, jedoch keine automatisierte Regelung und damit systematische Kontrolle der Fräsbahnparameter.
Schlagwörter: surgical robotics; handheld robot; unicompartmental knee arthroplasty; bone machining
Aachener Beiträge zur Medizintechnik
Herausgegeben von Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. med. Steffen Leonhardt, Univ.-Prof. Dr.-Ing. Klaus Radermacher und Univ.-Prof. Dr. med. Dipl.-Ing. Thomas Schmitz-Rode, Aachen
Band 76
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