Algemeen

Werken operatierobots straks hydraulisch?

balgactuator voor operatierobots
Via 3D printen gemaakt robotgewricht met geïntegreerde balgactuator (foto's: Fraunhofer IPA/Julian Weigelt).

Operatierobots kunnen artsen ondersteunen bij het opsporen en behandelen van tumoren door een fijne sonde op de juiste plaats te positioneren. Opdat de robotica beeldverzamelende methoden zoals magnetische resonantie tomografie (MRI) niet verstoort, hebben technici van het Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Stuttgart een nieuwe aandrijftechniek ontwikkeld.

Tumortherapie zonder risico’s of nevenwerkingen schijnt nog ondenkbaar te zijn. Maar in laboratoria werken wetenschappers aan oplossingen voor de medische techniek van de toekomst.

Een van de belangrijkste doelen van het onderzoek is, technologieën voor minimaal invasieve ingrepen te ontwikkelen. Hiermee moeten tumoren zo nauwkeurig en efficiënt mogelijk kunnen worden behandeld zodat geen gezond weefsel wordt vernietigd. De onderzoekers werken aan operatierobots met behulp waarvan een chirurg een fijne sonde exact kan positioneren, een monster kan nemen of het tumorweefsel thermisch kan behandelen.

Röntgen of MRI

Een dergelijke sonde nauwkeurig naar de gewenste positie brengen, vereist een vaste hand en veel ervaring. Als de arts met een naald de minuscule sonde invoert, moet hij zich oriënteren met behulp van beelden die de positie op het beeldscherm weergeven.

Tot nu toe worden voor de beeldvorming meestal op röntgen gebaseerde methoden gebruikt. Deze hebben echter het nadeel dat ze zacht weefsel zoals organen niet goed weergeven. Bovendien stellen ze zowel de arts als de patiënt bloot aan een verhoogde belasting door röntgenstraling. MRI heeft daarom meer potentieel voor de toekomst.

Momenteel stuiten artsen die met behulp van MRI-beelden een sonde naar een lever-, long- of darmtumor willen geleiden snel op beperkingen. De tunnel waar de patiënt in ligt, laat de chirurg nauwelijks bewegingsvrijheid. Om dit probleem op te lossen werken wereldwijd verschillende teams van onderzoekers aan operatierobots die moeten helpen bij het geleiden van de naald.

Hydraulische aandrijving

Het grootste probleem hier is de aandrijftechniek. De actuatoren zouden geen ferromagnetische of elektrisch geleidende materialen moeten bevatten, omdat die de MRI-beelden kunnen verstoren. Klassieke elektromotoren vallen daarom af en pneumatische cilinders zijn moeilijk te besturen, dus die vallen ook af.

De onderzoekers aan het IPA zoeken de oplossing in een hydraulische robotaandrijving. Het hart van deze actuator wordt gevormd door via 3D printen gemaakte kunststof balgen. Ze zien er uit als een kleine trekharmonica die is verbonden met een met vloeistof gevulde leiding. Als de vloeistof onder druk wordt gezet, zet de harmonica uit of buigt. Deze buiging kan worden gebruikt om een robotarm te bewegen, bijvoorbeeld voor de geleiding van een naaldsonde.

Door een combinatie van twee hydraulische actuatoren moet de robotarm nauwkeurig in twee dimensies kunnen worden bewogen. Dankzij een krachtterugkoppelingsmechanisme merkt de chirurg die de robotarm beweegt wanneer de sonde op weerstand stuit.

balgactuator operatierobots
Zijaanzicht van het robotgewricht voor de operatierobot.

Operatierobots

De eigenlijke innovatie bestaat er uit, dat de actuatoren geen onderdelen bevatten die de MRI-opnamen verstoren. Door de hydrauliek kunnen grote krachten in een kleine ruimte worden opgewekt. Hiermee is het ruimteprobleem binnen de MRI-tunnel opgelost. Er is weliswaar nog steeds een motor nodig om de druk in de leidingen op te wekken, maar die kan goed afgeschermd in een aparte ruimte worden ondergebracht.

Testen aan de Universitätsklinik Mannheim hebben al aangetoond dat de nieuwe aandrijftechniek voldoet aan de verwachtingen. Hiermee is de basis gevormd voor de ontwikkeling voor een praktisch toepasbaar, door een robot ondersteund positioneersysteem voor interventies in een MRI-apparaat.

In een vervolgtraject willen de onderzoekers de buigingsactuatoren inbouwen in een robot, die eveneens via 3D printen moet worden gemaakt De wetenschappers en technici willen deze testen in een preklinische studie aan replica’s van menselijke organen en weefsels zoals die worden gebruikt voor de opleiding van artsen.

x
Mis niet langer het laatste nieuws

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief.

Inschrijven