Wenn das neuartige Instrument die Bauchdecke einmal durchtreten hat, können seine Präparierzangen oder Gewebescheren über den Arbeitskanal automatisch ausgetauscht werden Bild: Fraunhofer IPA

Timo Cuntz (links) und sein Kollege Dominik Kaltenbacher leiten das Projekt am IPA

Um nicht ständig ganze laparoskopische Instrumente durch die Bauchdecke hindurch auszutauschen, sollen Sensoren und Effektoren in Kapseln gepackt und automatisch ausgewechselt werden. Das geht, und zwar hydraulisch.

Kürzere und kostengünstigere Operationszeiten, die den Patienten schonen und das Operationsergebnis verbessern – das ist der Wunsch vieler Chirurgen, der nun in Erfüllung gehen könnte. Bislang werden bei minimal-invasiven Eingriffen im Bauchraum laparoskopische Instrumente vor allem manuell gewechselt. Der Chirurg entfernt das zu wechselnde Instrument, übergibt es dem OP-Personal und führt anschließend das neue Instrument durch die Bauchdecke ein. Bis zu 100 solcher Wechselvorgänge durch die Trokare können anfallen.

Eine deutliche Verbesserung soll ein automatisches Instrumentenwechselsystem (IWS) bringen, das am Fraunhofer IPA in Stuttgart von Medizintechnikern und Maschinenbauern im Rahmen eines Forschungsprojekts entwickelt wird. Es basiert auf einem hydraulischen Ansatz.

Die Sensoren und Effektoren laparoskopischer Instrumente – wie Präparierzangen oder Gewebescheren – sind kapselförmig ausgeführt. Diese Kapselform erlaubt den automatisierten Austausch der Instrumente mit Hilfe eines Hydrauliksystems, ohne insgesamt die Baugröße konventioneller Instrumente zu überschreiten. Durch ein Revolvermagazin können bis zu fünf verschiedene Instrumentenkapseln außerhalb des Körpers positioniert werden. Der Speicher wird so lange gedreht, bis das Instrument, welches der Chirurg gerade braucht, in seiner Kammer direkt vor dem permanent im Körper verbleibenden Arbeitskanal liegt. Die Kapsel mit diesem Element wird dann hydraulisch bis an das distale Ende des Kanals vorgeschoben.

Hat es seinen Dienst erfüllt und soll wieder ausgetauscht werden, sorgt ein Unterdruck im Hydrauliksystem für das Rückholen der Kapsel in den Instrumentenspeicher, und der Vorgang für das neu ausgewählte Instrument kann beginnen.

Das hydraulische System spielt aber nicht nur beim Instrumentenwechsel, sondern auch als Antriebsmechanismus für die Greifkinematik des Effektors eine Rolle. Hierfür wird die Kapsel bis zum distalen Ende des Arbeitskanals gegen einen Anschlag bewegt. Steigt der Druck weiter, bewegt sich in der Instrumentenkapsel ein Hydraulikzylinder. Seine Kraft wird über ein Getriebe auf den Effektor wie zum Beispiel einen Greifer übertragen, so dass dieser sich schließt.

Dass sich dieses hydraulische Wechselprinzip realisieren lässt, haben erste Testreihen bestätigt. Als nächstes sollen Größe und Gewicht des IWS optimiert und Kapselabdichtungen im Magazin und an der Instrumentenspitze untersucht werrden. Zudem soll das IWS durch eine einfache und sterile Entlüftung ergänzt werden. Abschließendes Ziel ist die gemeinsame Produktentwicklung des IWS mit Partnern aus der Medizintechnikindustrie in Deutschland. Ende 2010 wurde das Projekt mit einem IPA-Innovationspreis ausgezeichnet.

· Weitere Informationen www.ipa.fraunhofer.de www.medizintechnik-fraunhofer.de Dominik Kaltenbacher, Fraunhofer IPA Tel. (0711) 970-1193 E-Mail-Kontakt: dominik.kaltenbacher@ipa.fraunhofer.de Timo Cuntz, Fraunhofer IPA Tel. (0711) 970-1141 E-Mail-Kontakt: timo.cuntz@ipa.fraunhofer.de

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