Eines der Ergebnisse der ersten Förderphase für das Miracle-Projekt: eine hochpräzise robotische Endoskopspitze mit integrierter Laser-Knochensäge. (Foto: Werner Siemens-Stiftung, F. Brüderli)
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: Forschende der Universität Basel wollen mit dem Projekt «Miracle» (Minimally Invasive Robot-Assisted Computer-guided LaserosteotomE) die Chirurgie transformieren.
In einer ersten Projektphase
(Miracle 1) entwickelten die beteiligten Forschungsgruppen bereits Technologien, die im OP-Saal der Zukunft zum Einsatz kommen sollen. Zum Beispiel eine hochpräzise robotische Endoskopspitze mit integrierter Laser-Knochensäge
(Bild). In einer zweiten Phase gehe es nun darum, die einzelnen Systeme miteinander in einem modularen Operations-Roboter zu vereinen.
27 Millionen Franken Fördergelder für Zukunftstechnologie
Dieser Roboter soll sich für den geplanten operativen Eingriff individuell konfigurieren lassen und zugleich OP-Lampen und -Tisch umfassen. Das System können die Chirurginnen und Chirurgen während des Eingriffs über eine Konsole überwachen, wie die Universität
in einer Mitteilung schreibt. Für die zweite Projektphase erweitert die «Werner Siemens-Stiftung» ihre Förderung für das Projekt nun noch einmal um 12 Millionen Franken - auf insgesamt 27 Millionen Franken. «Dank dieser Finanzierung und unserem Know-how können wir nun einige der enormen Möglichkeiten erschliessen, die die Robotik für die Chirurgie eröffnet», sagt Philippe Cattin, Co-Leiter von «Miracle» und Leiter des Department of Biomedical Engineering der Universität Basel.
Vision: Implantate direkt im Körper drucken
Eine «Virtual-Reality-Plattform» kommt im Spital bereits zum Einsatz. Damit soll nun auch Form und Beschaffenheit von Implantaten entworfen werden. Gegenüber älteren, vorwiegend manuellen Verfahren werde dadurch eine schnellere und präzisiere Formgebung möglich, wie es heisst. Die so geplanten Implantate sollen dann massgeschneidert mittels 3-D-Druck hergestellt werden. In Zukunft könnte es sogar möglich sein, die Implantate direkt im Körper zu drucken.
Dass die Roboter eines Tages Chirurgen ganz ersetzen, fürchtet Florian M. Thieringer nicht: Die exakte Planung und die strategischen Entscheidungen für den Eingriff würden Sache des medizinischen Fachpersonals bleiben, so der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurg, der das Projekt
Miracle 2 mitentwickelt und dem 3-D-Print Lab am Basler Unispital vorsteht.
Drei Forschungsziele
- Ein flexibles, modulares Robotersystem
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 zu einem großen Robotersystem zusammengefügt werden.
- Entwurf von Implantaten in der Virtuellen Realität
Das entwickelte System zu Planung chirurgischer Eingriffe in der Virtuellen Realität (VR) soll so erweitert werden, dass damit die exakte Form von Knochenersatz-Implantaten 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 die Chirurgin/der Chirurg einen Eingriff zunächst trainieren, bevor sie/er diese durchführt.
- Intelligente Bio-Implantate
Dreidimensionale Bildgebungs-Technologien sollen Gewebedefekte identifizieren in 3D vermessen und die Struktur entsprechender, patientenspezifischer Implantate virtuell berechnen. Dann sollen die patientenspezifischen Hochleistungs-Implantate in Bioreaktoren gezüchtet oder mit robotergestützter Bio-Druck-Technologie ausserhalb und innerhalb des Körpers im 3D-Druckverfahren hergestellt werden
