In der virtuellen Realität eine Operation planen, mit einer intelligenten Lasersäge hochpräzise den Knochen schneiden und 3-D-gedruckte Bioimplantate wie etwa ein neues Kniegelenk minimal-invasiv einsetzen: So wollen Forscher die Chirurgie transformieren. Im Projekt „Miracle“ (Minimally Invasive Robot-Assisted Computer-guided Laserosteotome) wollen sie die Eingriffe noch genauer an die Bedürfnisse des jeweiligen Patienten anpassen.
Roboterentwicklung: Was für die Chirurgie bereitsteht
In einer ersten Projektphase entwickelten die beteiligten Forschungsgruppen bereits Technologien, die im OP-Saal der Zukunft eingesetzt werden sollen und jetzt weiterbearbeitet werden. Das sind:
- Ein flexibles, modulares Robotersystem für die Chirurgie
Das in der ersten Projektphase entwickelte robotergestützte Endoskop soll durch weitere, spezialisierte Endoskope ergänzt und mit allen anderen Geräten in einem Operationssaal koordiniert werden. Um eine optimale Leistung zu erzielen, sollen die Roboterarme, die OP-Leuchten und der OP-Tisch nun zu einem großen Robotersystem zusammengefügt werden. - Der Entwurf von Implantaten in der Virtuellen Realität
Das entwickelte System zur Planung chirurgischer Eingriffe in der Virtuellen Realität (VR) soll so erweitert werden, dass damit die exakte Form von Knochenersatzimplantaten direkt in der VR bestimmt werden kann. Darüber hinaus soll diese Plattform auch durch ein haptisches Feedback erweitert werden und damit die Durchführung von patientenspezifischen Simulationen von chirurgischen Eingriffen ermöglichen. Mit einem solchen System könnte der Chirurg einen Eingriff zunächst trainieren, bevor er diesen durchführt. - Intelligente Bio-Implantate
Dreidimensionale Bildgebungstechnologien sollen Gewebedefekte identifizieren, in 3D vermessen und die Struktur entsprechender, patientenspezifischer Implantate virtuell berechnen. Dann sollen die patientenspezifischen Hochleistungsimplantate in Bioreaktoren gezüchtet oder mit robotergestützter Bio-Druck-Technologie außerhalb und innerhalb des Körpers im 3D-Druckverfahren hergestellt werden.
Den modularen Roboter, der all das in einem System vereint, können die Chirurgen während des Eingriffs über eine Konsole überwachen.
Für diese zweite Projektphase stockt die Werner-Siemens-Stiftung ihre Förderung für das seit 2015 laufende Projekt noch einmal um zwölf Millionen Schweizer Franken auf. „Wir sind der Stiftung sehr dankbar, dass sie unser visionäres Projekt unterstützt“, sagt Prof. Dr. Philippe Cattin, Co-Leiter beider Projektphasen von „Miracle“ und Leiter des Department of Biomedical Engineering der Universität Basel.
Zweite Projektphase: mit Roboter die Chirurgie transformieren
„Wir wollen mit Miracle nicht einfach eine neue Technologie entwickeln, sondern die Knochenchirurgie transformieren“, erklärt Prof. Hans-Florian Zeilhofer, Chirurg und Delegierter für Innovation der Universität Basel, der die erste Projektphase gemeinsam mit Cattin geleitet hatte.
„Vieles, was wir am Computer chirurgisch planen können, ist mit den vorhandenen Werkzeugen noch nicht möglich“, so der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurg PD Dr. Dr. Florian M. Thieringer, der sich die Leitung für Miracle I mit Cattin teilt und auch dem 3-D-Print Lab am Universitätsspital Basel vorsteht. „Jetzt entwickeln wir die Technologie, mit der wir das im Operationssaal auch umsetzen können.“ Dass die von ihm mitentwickelten Roboter eines Tages Chirurgen wie ihn selbst ganz ersetzen, fürchtet er aber nicht: Die exakte Planung und die strategischen Entscheidungen für den Eingriff bleiben Sache des medizinischen Fachpersonals.
https://dbe.unibas.ch/en/research/flagship-project-miracle/miracle-ii/
Fragen zu Miracle I und II:
Prof. Dr. Philippe Cattin, Universität Basel, Departement Biomedical Engineering, Projektleiter Miracle I und II,
E-Mail: philippe.cattin@unibas.ch
Fragen zu Miracle II:
PD Dr. Dr. Florian M. Thieringer, Universität und Universitätsspital Basel, Projektleiter Miracle II,
E-Mail: florian.thieringer@usb.ch
Dr. Constanze Pfeiffer, Universität Basel, Departement Biomedical Engineering, Projektkoordinatorin Miracle,
E-Mail: constanze.pfeiffer@unibas.ch
