Präzision trifft Expertise: Roboter können helfen, Interventionsnadeln optimal zu positionieren

Die Nadel für Biopsien präzise zu platzieren, ist nicht immer einfach. Zum einen gilt es sicherzustellen, dass das „richtige“ Gewebe entnommen wird. Zum anderen darf die Nadel Adern, Nervenbahnen und Organe wie die Lunge nicht verletzen und durch knochenartige Strukturen wie die Rippen kann sie nicht hindurch.

Roboter arbeitet zeitsparend

Künftig sollen sich die Nadeln schneller und präziser an Ort und Stelle bringen lassen: mit einem Roboterarm, den Forscher der Fraunhofer-Projektgruppe für Automatisierung in der Medizin und Biotechnologie PAMB des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung IPA und des Fraunhofer-Instituts für Bildgestützte Medizin MEVIS an diese Aufgabe angepasst haben. In etwa drei Jahren könnte das System marktreif sein.
Der Roboter sucht den richtigen Weg und positioniert die Nadelführung so, dass weder Patient noch Arzt getroffen oder verletzt werden. Anschließend übernimmt der Arzt wieder und führt die Nadel ins Gewebe ein. „Während ein Mensch 30 Minuten braucht, um die Nadel zu platzieren, vergehen mit Roboterassistenz maximal fünf Minuten“, weiß Andreas Rothfuss, Wissenschaftler am PAMB.
Zunächst erstellt der Arzt eine computertomografische Aufnahme des Patienten, ebenso wie bisher. Allerdings hält der Roboterarm dabei ein Kalibrierungswerkzeug mit in das Bild. Dieses dient ihm zum Abgleich: Welche Position im Raum muss er einnehmen, um eine bestimmte Stelle im Bild anzufahren? Eine Software aus den Laboren des MEVIS analysiert das Bild und unterstützt den Arzt beim Platzieren der virtuellen Nadel. Die Software zeigt die Nadel im Bild an. Führt der Arzt eine Therapie statt einer Biopsie durch – soll die Nadel den Tumor also etwa durch Hitze zerstören –, simuliert die Software, wie sich die Wärme im Gewebe ausbreitet. Anschließend muss geklärt werden, wie viele Nadeln an welchen Stellen nötig sind, um den gesamten Tumor abzutöten. Ist diese Frage geklärt, wird das Kalibrierungstool am Roboterarm durch eine Nadelführung ersetzt. Mit dieser fährt der Roboter die errechnete Position an und setzt die Führung im passenden Winkel auf der Haut ab. Der Roboter hantiert also keineswegs selbst mit der Nadel. Dies übernimmt zu jedem Zeitpunkt der Arzt: Er schiebt die Nadel durch deren Führung, die der Roboter an Ort und Stelle hält, Stück für Stück in das Gewebe.

Geringere Strahlenbelastung

Stimmt die tatsächliche Position der Nadel mit der geplanten überein? Um dies zu kontrollieren, macht der Arzt wie gewohnt Röntgenbilder, während er die Nadel ins Gewebe schiebt. Der Roboter bietet allerdings auch hier Vorteile: Bisher musste der Arzt die Nadel festhalten, seine Hand verdeckte daher einen Teil der Aufnahme. Zum anderen war die Hand des Arztes bei jedem Kontrollbild den Röntgenstrahlen ausgesetzt. Nun hält der Roboter die Nadel mit seiner Führung fest – ihm kann die Strahlung nichts anhaben. Auch für den Patienten ist die Strahlenbelastung deutlich geringer: Da der Arzt die Nadel durch die Führung schiebt, kann sie nicht verrutschen. Es sind daher deutlich weniger Kontrollaufnahmen nötig.

MP 01|2017

Herausgeber: AUSTROMED, Interessensvertretung der Medizinprodukte-Unternehmen
Publikationsdatum: 2017-02-17