Kurzfassung

Bisher erfolgt in der Chirurgie in den meisten Fällen ein mechanischer Knochenabtrag per Säge oder Bohrer, was zu einer starken Erwärmung und einer unflexiblen Schnittgeometrie führt. Insbesondere aus der Wärmeentwicklung am Schnitt resultiert eine Verlangsamung des Heilungsprozesses.
Die Laserablation erfolgt hingegen berührungslos, wodurch das Knochengewebe geschont wird und damit schneller heilt.
Der Einsatz eines Lasersystems ermöglicht durch seinen Laserscanner eine beliebige...Bisher erfolgt in der Chirurgie in den meisten Fällen ein mechanischer Knochenabtrag per Säge oder Bohrer, was zu einer starken Erwärmung und einer unflexiblen Schnittgeometrie führt. Insbesondere aus der Wärmeentwicklung am Schnitt resultiert eine Verlangsamung des Heilungsprozesses.
Die Laserablation erfolgt hingegen berührungslos, wodurch das Knochengewebe geschont wird und damit schneller heilt.
Der Einsatz eines Lasersystems ermöglicht durch seinen Laserscanner eine beliebige Schnittgeometrie, die an den jeweiligen chirurgischen Eingriff angepasst werden kann. Ein Austrocknen des Gewebes und eine damit verbundene thermische Schädigung wird während der Laseranwendung durch ein Luft-Wasser-Spray verhindert. Es sorgt somit für einen besonders schonenden Knochenabtrag. Verwendet wird ein CO2-Laser mit einer Wellenlänge von 10,6µm, dessen Laserstrahl durch einen Strahlscanner in einem Arbeitsbereich von 70x70mm2 appliziert werden kann.
Möchte der Benutzer den Laser jedoch in einem größeren Arbeitsbereich verwenden, muss der Strahlscanner derzeit per Hand platziert werden. Die manuelle Verschiebung führt in den meisten Fällen zu großeren Ungenauigkeiten. Daher wird der Laserscanner an einen Roboterarm montiert und kann so in einem gewissen Arbeitsbereich positioniert und orientiert werden. Der Laserstrahl muss mehrfach über die Ablationsstelle geführt werden, da er sich nur schrittweise in den Knochen vorarbeiten kann. Durch die zunehmende Schnitttiefe, muss der Fokuspunkt des Lasers nachgeführt werden, was manuell kaum möglich ist.
Der Roboter hingegen kann diese Tiefennachführung präzise ausführen, was wiederum für den Einsatz eines Roboters spricht. Auf diese Weise sind dreidimensionale Schnitte möglich.
Dieses System der roboterassistierten Laserosteotomie kann vor allem dort gewinnbringend eingesetzt werden, wo zum einen eine sehr präzise und exakte Schnittführung am Knochen notwendig ist und zum anderen dort, wo eine konservative operative Therapie erhebliche Auswirkungen auf das äußere Erscheinungsbild des Patienten mit sich bringt. Durch den hohen aparativen Aufwand und die notwendige Planungsphase der Behandlung ist ein notfallmedizinischer Einsatz sicherlich nicht möglich. Sinnvolle Einsatzgebiete sind jedoch Eingriffe in Disziplinen wie beispielsweise der Mund-Kiefer-Chirugie,der Neurochirurgie oder der Herz-Thorax-Chirurgie. In all diesen Bereichen sind exakte und möglichst schonende Knochenbearbeitungen notwendig, um den Heilungsprozess so kurz und angenehm, und die Spätfolgen für den Patienten so gering wie möglich zu halten.
Im Rahmen des Projektes sollen folgende Aspekte bearbeitet werden:
• Planung der Behandlung:
Der Arzt soll die Möglichkeit bekommen, die Operation bzw. die Knochenschnitte
anhand von dreidimensionalen CT-Datensätzen zu planen. Hierfür kann die Schnittgeometrie sowie die Schnitttiefe festlegt werden.
• Durchführung der Behandlung:
Der Strahlscanner soll von einem Roboter über dem Patienten entsprechend
den Schnittgeometrien bewegt werden. Hierzu wird aus der geplanten Schnittgeometrie eine Trajektorie berechnet und der Roboter angesteuert. Der Roboter wird permanent durch einen externen optischen Positionssensor in Position und Orientierung überwacht. Weichen Soll- und Ist-Positionen und Orientierungen zu sehr ab, wird die Roboterbewegung gestoppt.
• Überwachung der Behandlung:
Während des Schneideprozesses entsteht über der Ablationsstelle ein Plasma, aus dessen Spektrum Informationen gewonnen werden können, ob der Laser gerade Knochen schneidet oder der Knochen bereits durchtrennt ist. Aus diesen Informationen kann dann eine Aussage über die Schnitttiefe getroffen werden. Wird anhand des Spektrums festgestellt, dass der Knochen bereits durchtrennt ist, wird der Laser sofort gestoppt. Auf diese Weise soll eine Überwachung der Ablationsstelle erfolgen.
• Integration in ein Gesamtsystem:
Das Gesamtsystem besteht aktuell aus vielen einzelnen Komponenten wie Roboter, externer Positionssensor, Laser und Laserscanner. Zudem besteht eine Software zur Visualisierung von dreidimensionalen CTBildern. Im Rahmen dieser Arbeit sollen diese Systemkomponenten interagieren und von einem Zentralrechner aus gesteuert werden. » weiterlesen» einklappen