Medizintechnik erleben

Seit dem ersten Einsatz eines Medizinroboters im Jahre 1991 bei einer transurethralen Resektion der Prostata haben sich Robotersysteme in der Medizintechnik etabliert. Heutzutage sind Medizinroboter sehr vielseitig einsetzbar. Allen gemein ist, dass die medizinische Unterstützung der Ärztinnen und Ärzte im Vordergrund steht, ohne sie ersetzen zu wollen.

Durch die hohe Komplexität dieser Systeme kamen praktische Versuche in der Vergangenheit kaum in der Lehre vor. Am Fachgebiet Mess- und Sensortechnik (MUST, Leitung Professor Mario Kupnik) wurde in enger Zusammenarbeit mit dem Institut für Diagnostische und Interventionelle Radiologie (DIR) der Goethe-Universität Frankfurt (Leitung Professor Thomas Vogl) ein Praktikumsversuch ausgearbeitet, bei dem sowohl das Fachvokabular als auch die Grundlagen der Robotik vermittelt werden. Zum Einsatz kommt hierbei „Helene“, ein gemeinsam mit Studierenden entwickelter Roboterarm. Unterstützt wurde das Vorhaben durch den RMU-Initiativfonds Lehre.

Im Fokus des Versuchs steht die Leberbiopsie: Hierbei entnimmt der Arzt während der Punktion eine Gewebeprobe aus einem Tumor (Biopsie). Dieses Szenario eignet sich aufgrund der großen Dichteunterschiede der betrachteten Gewebeschichten perfekt für einen Lehrversuch.

Vom Institut DIR wurden relevante Krankheitsbilder und operationsspezifische Szenarien für robotergestützte Eingriffe, die Definition von Gewebeeigenschaften sowie CT-Datensätzen/3D-Scans von dem zu untersuchenden Gewebe bereitgestellt. In der etit wurden am Fachgebiet MUST Helene sowie die Ansteuersoftware entwickelt, ein Gewebephantom aus Silikon erstellt und verschiedene Regelalgorithmen zur Positionierung der Nadel im Gewebephantom entworfen.

Aufgabe der Studierenden ist, die Bewegungsabfolge des Roboterarms mittels Python zu programmieren und den Nadelstich durchzuführen. Nach erfolgreichem Nadeleinstich müssen die entstandenen Messdaten interpretiert werden. Gerade weil die Messdaten nicht synthetisch hergestellt und die Tumore aller Gewebephantome nicht die gleiche Tiefe haben, erlernen Studierende so den Umgang mit echten Messdaten.