AG Robotik und Ultraschall
Das RONAF-Projekt
"Robotergestützte Navigation zum Fräsen an der lateralen Schädelbasis"
Das Ziel des RONAF-Projekts ist die Entwicklung und Untersuchung eines Systems zur Navigation an der lateralen Schädelbasis, welches einen Roboter bei operativen Eingriffen interaktiv überwachen und steuern kann. Dabei kommen modulare, mehrstufige Navigations- und Regelungsverfahren zum Einsatz. Mit der globalen Navigation wird der Roboter auf der Grundlage eines dreidimensionalen Bilddatensatzes durch CT und MRT, aber auch – als Besonderheit des RONAF-Systems – mittels eines robotergestützten 3D-Ultraschallscans des Schädelknochens gesteuert. Zur lokalen Navigation – als weitere Besonderheit – erfolgt eine intraoperative Rückkopplung der Sensorik (Kraft/Moment, Temperatur, Ultraschall, elektrophysiologische Ableitung), so dass die Schonung wichtiger Strukturen gewährleistet ist.
Als Anwendungsbeispiele für den Einsatz des RONAF-Systems im Bereich der lateralen Schädelbasis werden das Fräsen eines Implantatlagers (z.B. für Cochlea- und Hirnstamm-Implantate) und die Mastoidektomie als ersten Schritt für die Weiterentwicklung in Richtung komplexer Zugangswege zur lateralen Schädelbasis betrachtet. Diese Eingriffe erfordern vom Operateur extreme Präzision (z.T. im Submillimeterbereich) und hohen Kraftaufwand, um größere Knochenmengen mit dem Fräser abzutragen. Die Realisierung des geplanten Systems wäre deshalb ein großer Fortschritt in der Prozessqualität des operativen Eingriffs. Zudem ist eine steigende Nachfrage nach implantierbaren Hörsystemen, aber auch nach minimal-invasiven Operationsverfahren für Schädelbasis-Tumoren zu erwarten.
Das RONAF-Projekt wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft im Rahmen des Schwerpunktprogramms 1124 "Medizinische Navigation und Robotik" seit 2001 gefördert. RONAF wurde 2008 nach 3 Förderphasen erfolgreich abgeschlossen.
Video: Kraftgesteuertes Ausfräsen eines Implantatlagers für ein Cochlea-Implantat
Das DISCUS-Projekt
Dickenbestimmung am Schädelknochen mittels Ultraschall
Prinzipiell kann auch mittels CT die Knochendicke bestimmt werden. Das setzt jedoch einerseits die vorherige Anfertigung eines hochauflösenden CT mit entsprechender Strahlenbelastung und andererseits eine intraoperative Navigation voraus. Bei besten Einstellungen liegt die mittlere Abweichung bei 0,4 mm (Eggers 2004). Unser Ziel ist es jedoch, eine Information über die Knochendicke ohne vorherige Vorbereitung durch ein CT und ohne Strahlenbelastung in Echtzeit intraoperativ zu produzieren. Ultraschall ist eine nicht-invasive und kosteneffektive Echtzeit-Untersuchungsmethode, die eine hohe Auflösung bietet, wenn spezielle Signalverarbeitungsalgorithmen angewendet werden.
Der SonoPointer® - Ein Prototyp zur ultraschallbasierten Dickenmessung am Schädelknochen
Mit dem SonoPointer® kann eine 3D-Karte des Schädelknochens erstellt werden.
Mitglieder
PD Dr. med. Philippe A. Federspil | Universitätsklinikum Heidelberg
Dipl.Ing. Steffen H. Tretbar | Universitätsklinikum Heidelberg
Dr. Thomas Fixemer | Universitätsklinikum Heidelberg
Dr. Simon Glaser | Universitätsklinikum Heidelberg
Dr. Arash Choudhry | Universitätsklinikum Heidelberg
Prof. Dr. Peter K. Plinkert | Universitätsklinikum Heidelberg
Prof. Dr. Dominik Henrich | Lehrstuhl für Angewandte Informatik III, Universität Bayreuth
Dipl.-Inf. Philipp J. Stolka | Lehrstuhl für Angewandte Informatik III, Universität Bayreuth
Dipl.-Inf. Michel Waringo | Lehrstuhl für Angewandte Informatik III, Universität Bayreuth
Ausgewählte Literatur
Federspil PA, Stallkamp J, Plinkert PK: Robotik. Eine neue Dimension in der HNO-Heilkunde? HNO 2001, 49:: 505-513 | pdf
Plinkert PK, Plinkert B, Hiller A, Stallkamp J: Einsatz eines Roboters an der lateralen Schädelbasis Evaluation einer robotergesteuerten Mastoidektomie am anatomischen Präparat. HNO 2001, 49: 514-523 | pdf
Plinkert PK, Federspil PA, Plinkert B, Henrich D: Kraftbasierte lokale Navigation zur robotergestützten Implantatbettanlage in der lateralen Schädelbasis: Eine experimentelle Studie HNO 2002, 50: 233-239 | pdf
Henrich D, Plinkert PK, Federspil PA, Plinkert, B: Robotergestütztes Fräsen an der lateralen Schädelbasis: Kraft-basierte lokale Navigation bei der Implantatbettanlage. VDI-Bericht 1679 - Tagungshandbuch zur Robotik 2002
Federspil PA, Tretbar SH, Geisthoff U, Plinkert B, Plinkert PK: Ultrasound based navigation of robotic drilling at the lateral skull base. In: H.E. Lemke, K. Inamura, K. Diu, M.W. Vannier, A.G. Farman and J.H.C. Reiber (Eds.): CARS 2003 - Computer Assisted Radiology and Surgery. Elsevier Science BV, 2003, p. 1358 | pdf
Federspil PA, Plinkert B, Plinkert PK: Experimental robotic milling in skull-base surgery. Comput-Aided-Surg. 2003, 8(1): 42-8 | pdf
Federspil PA, Geisthoff UW, Henrich D, Plinkert PK: Development of the First Force-Controlled Robot for Otoneurosurgery. Laryngoscope, 2003, 113: 465-471 | pdf
Federspil PA, Geisthoff U, Henrich D, Plinkert PK: Multisensorische Überwachung robotergestützter Fräsvorgänge an der lateralen Schädelbasis. In: Böker, Deinsberger (Hrsg) Schädelbasischirurgie - Robotik, Neuronavigation, vordere Schädelgrube. 2004, Springer, Wien. S. 39-42 | pdf
Geisthoff UW, Tretbar SH, Federspil PA, Plinkert P.: Improved ultrasound based navigation for robotic drilling at the lateral skull base. International Congress Series, Elsevier 2004, 1268: 662-666 | pdf
Tretbar SH, Federspil PA, Günther C, Plinkert PK: Ultraschall-Dickenmessung der Schädelkalotte zur Registrierung bei navigierten Eingriffen an der lateralen Schädelbasis. Biomedizinische Technik 2004, 49 Ergänzungsband 2: 858-859 | pdf
Stolka PJ, Henrich D, Tretbar SH, Federspil PA. First 3D ultrasound scanning, planning, and execution of CT-free milling interventions with a surgical robot. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc 2008;1:5605-5610.