Robotergestützte Werkzeuge für Hüft- und Knieoperationen

Am Zentrum für Sensorsysteme (ZESS) der Universität Siegen beschäftigt sich eine Arbeitsgruppe im Bereich Medizintechnik mit der Entwicklung von Robotersystemen, die zur Unterstützung bei chirurgischen Eingriffen an Hüfte, Knie und Wirbelsäule eingesetzt werden sollen. Das Ziel der Arbeiten, die von Dr.-Ing. Jürgen Wahrburg vom Institut für Regelungs- und Steuerungstechnik geleitet und in Zusammenarbeit mit Medizinern durchgeführt werden, liegt in der Entwicklung neuer Operationstechniken, die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit beim Einsetzen von Prothesen und Verschraubungen wesentlich verbessern.

Die neuen Verfahren sollen zunächst beim Einsetzen von Hüftendoprothesen erprobt werden. Allein in der Bundesrepublik werden jährlich etwa 120.000 künstliche Hüftgelenke implantiert, die aus zwei Komponenten bestehen: Einer Schaftprothese zum Einsatz in den Oberschenkel und einer Pfannenprothese zum Einsatz in das Becken. Die Präparation der Knochen, das heißt das Aufraspeln und Ausfräsen eines Knochenbettes zur Aufnahme der Implantate, sowie das Einsetzen der Implantate wird derzeit noch in den weitaus meisten Fällen in reiner Handarbeit vom Chirurgen durchgeführt. Er steht dabei vor der Schwierigkeit, die Werkzeuge sehr genau führen zu müssen, um die Prothesen in einer optimalen Lage einzusetzen, welche das Risiko von Komplikationen und vorzeitigen Lockerungen minimiert.

Das an der Universität Siegen entwickelte Robotersystem soll den Chirurgen bei dieser Arbeit unterstützen. Der Roboter positioniert die chirurgischen Instrumente während der Operation mit einer Genauigkeit von Zehntelmillimetern genau dort, wo es der Chirurg vor der Operation anhand eines Röntgenbildes oder einer Computertomographie geplant hat. Dazu wird ein Sensorsystem eingesetzt, das die Position der vom Roboter geführten Instrumente sowie die Lage des Patienten auf dem Operationstisch erfasst. Die Instrumente können vom Chirurgen auf einer Führungsschiene bewegt werden, die unbeabsichtigtes Abrutschen verhindert und sicherstellt, dass die geplante Position exakt erreicht wird. Der Arzt wird also nicht ersetzt, sondern arbeitet interaktiv mit einem intelligenten System, bei dem er zum Beispiel weiterhin das Gefühl dafür behält, welchen Druck er mit dem Instrument auf den Knochen ausübt. Die besondere Stärke des Siegener Systems gegenüber ähnlichen Roboterentwicklungen liegt darin, dass mögliche Bewegungen des Patienten auf dem Operationstisch erfasst und automatisch in eine entsprechende Korrektur der Roboterposition umgerechnet werden. Die Operation muss nicht unterbrochen werden.

Zur Zeit wird das Robotersystem in enger Kooperation mit Ärzten von der Orthopädischen Universitätsklinik Frankfurt im Labor erprobt. Gefördert durch den TTH-Ring wird parallel dazu in Zusammenarbeit mit Unternehmen aus dem Handwerksbereich an der Verbesserung der chirurgischen Werkzeuge gearbeitet. Es ist vorgesehen, noch in diesem Jahr eine erste klinische Erprobung durchzuführen.