Ein hochpräziser Stäubli Roboter, eine hochauflösende 3D-Kamera und ein innovatives Head-Mounted-Display – fertig ist das weltweit erste RoboticScope. Diese Hightech-Entwicklung erlaubt Operateuren nie für möglich gehaltene Einblicke und wird die Arbeit am OP-Tisch revolutionieren.
Ralf Högel, freier Autor für Stäubli Robotics in Bayreuth
Erfunden haben es drei österreichische Querdenker namens Michael Santek, Markus Hütter und Gregor Burger. Gemeinsam kann das Team auf jahrelange Erfahrung im Bereich der chirurgischen Ausrüstung zurückblicken und gemeinsam gründeten sie im Jahr 2016 die BHS Technologies GmbH in Innsbruck.
Michael Santek: „Klassische Okulare und Mikroskope stoßen immer öfter an Grenzen. Die mangelnde Flexibilität wird den Ansprüchen in der heutigen Mikrochirurgie immer weniger gerecht. Wir wollten dem Chirurgen ein Werkzeug an die Hand geben, das ihm völlig neue Perspektiven auf das Operationsfeld ermöglicht und gleichzeitig das Operieren in ergonomischer Körperhaltung erlaubt.“
Inhaltsverzeichnis
1. Intuitive Bedienung – faszinierende Möglichkeiten
2. Die Technik hinter dem RoboticScope
3. Qualität bis ins letzte Detail
Intuitive Bedienung – faszinierende Möglichkeiten
Dass es BHS gelungen ist, diese Ziele vortrefflich in die Praxis umzusetzen, zeigt die Funktionsweise des RoboticScope mit der Produktbezeichnung AMP. Dabei blickt der Operateur über ein Head-Mounted-Display, kurz HMD, direkt auf das Operationsfeld. Über zwei ins HMD integrierte, digitale Mikrodisplays direkt vor seinen Augen sieht er in Echtzeit hochauflösende 3D-Bilder, die von den beiden Kameras im Roboterkopf aufgenommen werden. Das heißt, für das sichtbare Bild ist ausschließlich die Position des Roboters zuständig, der Chirurg kann in frei wählbarer, völlig entspannter Kopfhaltung operieren.
Dabei kann der Operateur aber immer Bildausschnitt und Blickwinkel exakt selbst bestimmen, indem er den Roboter über Kopfbewegungen berührungslos und automatisch steuert. Da das HMD und die Roboterkamera entkoppelt sind, muss der Chirurg diese Entkopplung mit einem Fußschalter aufheben, um mit Kopfbewegungen den Roboter zu steuern. Auf die gleiche Art kann er den Bildwinkel der Objektive mit Achtfach-Zoom festlegen. Dazu ist eines der Mikrodisplays mit einem durchdachten Menü ausgestattet, in dem der Operateur ebenfalls mit Kopfbewegungen einfach navigieren und weitere Funktionen aktivieren und steuern kann.
Was sich kompliziert und nach aufwendiger Schulung anhört, folgt in Wirklichkeit einer durchdachten Logik, die die Bedienung des RoboticScope in wenigen Minuten ermöglicht. „Wir Menschen erfassen auf intuitive Weise ein Objekt im Raum, indem wir unseren Kopf neigen und das Objekt aus verschiedenen Blickwinkeln betrachten. Mit dem RoboticScope wird dieses intuitive Erfassen imitiert. Das HMD erkennt die Kopfbewegungen des Operateurs und verändert dementsprechend die Position der 3D-Kamera. So kann der Chirurg das Operationsfeld ganz natürlich erkunden, ohne sich dabei der Kamera anpassen zu müssen“, so Santek.
Mittlerweile haben rund 500 Chirurgen in aller Welt das AMP getestet. „Die Bedienung ist so intuitiv, dass über 90 Prozent nach gerade einmal zehn Minuten das Gerät beherrschen. Ein unglaubliches Ergebnis, das völlig unabhängig vom Alter der Testkandidaten war. Die „digitale Generation“ schnitt nicht besser ab als die erfahrenen Routiniers.“
Die Technik hinter dem RoboticScope
Für die präzisen und ruckfreien Bewegungsabläufe des AMP ist ein hochgenauer Stäubli Roboter vom Typ TX2-60L zuständig. Die neue Sechsachs-Baureihe, zu der dieser Roboter zählt, verfügt über die typische geschlossene Struktur in Schutzart IP65, das Handgelenk ist gar in IP67 gehalten. So sind diese Roboter prädestiniert für Einsätze unter anspruchsvollen Reinraumanforderungen. Zudem arbeiten die Maschinen mit einer Genauigkeit von 0,02 Millimetern sehr präzise, sind dabei dank ihrer steifen Struktur extrem dynamisch und lassen sich aufgrund des kleinen Footprints einfach auf engstem Raum integrieren.
Tatsächlich kommt bei BHS eine Standardmaschine in der L-Version mit langem Arm zum Einsatz. Die Reichweite beträgt 920 Millimeter und ist für den Einsatz im OP ausreichend. Dieser Sechsachser erfüllt bereits in Standardausführung die Reinraumklasse ISO 5, sodass man sich bei BHS den Aufpreis für die Cleanroomausführung sparen konnte. Im Operationssaal trägt der TX2-60L ohnehin eine Sterilabdeckung, durch die jedwede Partikelemission ausgeschlossen wird.
Der Sechsachser verfügt über die innovative CS9-Steuerung sowie über einen eigenen digitalen Sicherheitsencoder pro Achse und ein integriertes Safetyboard. Alle Sicherheitsfunktionen erfüllen die strengen Anforderungen der Kategorie SIL3-/PLe. Um ein Höchstmaß an Sicherheit zu gewährleisten, wird jede Bewegung des Roboters sensorisch überwacht. Dazu werden sämtliche Koordinaten des Roboters sowie Geschwindigkeit und Beschleunigung in Echtzeit erfasst. Stäubli setzt bei der TX2-Baureihe auf konfigurierbare, sichere I/O-Module sowie auf Echtzeit-Ethernet-Feldbussysteme, die maximale Sicherheit und Kompatibilität garantieren. Diese Funktionen ermöglichen den hochdynamischen Robotern die Interaktion mit Menschen, in diesem Fall mit Chirurgen.
Qualität bis ins letzte Detail
Auch bei den übrigen Komponenten vertraut BHS entweder auf führende Hersteller oder fertigt Teile selbst, wie beispielsweise den fahrbaren, stabilen Korpus, an dem der Roboter befestigt ist oder das Achtfach-Zoomobjektiv. „Wichtig war uns, dem Chirurgen ein überragendes Bild vom Operationsfeld zu liefern. Deshalb setzten wir im HMD Mikrodisplays mit der höchstmöglichen Auflösung ein und statten eine der besten 3D-Kameras mit unseren eigenentwickelten Zoomobjektiven aus. Das Ergebnis ist eine herausragende Bildgebung, die insbesondere Operationen im mikrochirurgischen Bereich enorm erleichtert“, so Santek.
Mit einem interessanten Feature, genannt Orbit-Modus, kann der Chirurg die Kamera auf eine anatomische Struktur fokussieren und die Kamera vom Roboter um diese Struktur drehen lassen. Das Ergebnis: Der Operateur kann die fokussierte Anatomie aus allen Perspektiven scharf betrachten und hat die volle Übersicht. Dynamisches Operieren bekommt dadurch eine ganz neue Bedeutung.
Entsprechend hoch sind die Erwartungen des BHS-Teams, das sich derzeit in einem ständigen Expansionsprozess befindet. „Täglich kommen neue Anfragen herein und nahezu täglich wächst auch unsere Belegschaft. Da es uns gelungen ist, die Investitionskosten für unser RoboticScope auf dem Niveau konventioneller Lösungen zu halten, wir aber eine signifikant bessere Performance garantieren können, gehen wir von einem großen Erfolg unseres AMP aus“, so Santek abschließend.
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