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EFORMIN - Einsatz von Formgedächtnisaktoren in minimalinvasiven chirurgischen Instrumenten

 
: Werner, Michael; Rotsch, Christian; Ettrichrätz, Martin

Forschungsvereinigung Feinmechanik, Optik und Medizintechnik -F.O.M.-, Berlin:
F.O.M. Konferenz 2015. Innovationsideen Raum geben : 5. November 2015, Berlin
Berlin, 2015
15 Folien
Forschungsvereinigung Feinmechanik, Optik und Medizintechnik (F.O.M. Konferenz) <2015, Berlin>
Deutsch
Konferenzbeitrag
Fraunhofer IWU ()
chirurgisches Instrument; FGL; SMA

Abstract
Mit der zunehmenden Verbreitung der minimalinvasiven Chirurgie wurde eine Vielzahl an unterschiedlichen Instrumenten (Effektoren) entwickelt. Die Ausrichtung und Effektorbewegung wird derzeit meist rein mechanisch über Bowdenzüge beziehungsweise Zug- und Druckstangen umgesetzt. Hierbei gibt es entweder eine Limitierung der Bewegungsfreiheitsgrade oder die mechanische Übersetzung verhindert eine feinfühlige Bedienung. In beiden Fällen ist eine intuitive Handhabung nicht möglich und setzt eine große Geschicklichkeit und ein großes Vorstellungvermögens des Mediziners voraus. Weiterhin können Operationsstellen mit schwerer Lokalisation aufgrund der eingeschränkten Bewegungsmöglichkeiten nur bedingt erreicht werden.
Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines multifunktionalen minimalinvasiven chirurgischen Instrumentes, welches eine intuitive Bedienung ermöglicht. Dabei wird unter Anderem geprüft, inwieweit Formgedächtnismaterialien in das Instrument integriert werden können oder ob eine Kombination aus Formgedächtnismaterialien und anderen Aktoren, wie Elektromotoren zielführend ist. Als Formgedächtniseffekt wird die Fähigkeit eines Materials bezeichnet nach einer plastischen Verformung in seine ursprünglich eingeprägte Form zurückzukehren.
Der größte Vorteil dieser Aktorik ist deren hohes Arbeitsvermögen, wodurch diese direkt in den Instrumentenkopf integriert werden kann. Die Verbindung zum Bedienteil über die Zuleitung kann dadurch rein elektronisch erfolgen. Dies erlaubt einen modularen Ansatz, bei dem die vier Hauptkomponenten Bedienteil, Aktorik, Effektor und die Zuleitung eigenständig betrachtet und optimal entsprechend der Anforderungen entwickelt werden können. Während z. B. beim Bedienmodul die Ergonomie und Handhabung im Vordergrund steht, sind es beim Effektor die Funktionalität und Flexibilität. Weiterhin kann über die Sensoreigenschaften des Formgedächntiseffektes ein Kraft-Feedbacksystem realisiert werden Diese Funktion ermöglicht dem Arzt eine direkt visualisierte Rückkopplung der Greifkraft, welche auf das Gewebe ausgeübt wird, wodurch eine intuitive Bedienung möglich ist.
Für die Umsetzung werden zunächst gemeinsam mit den klinischen Partnern Anforderungsparameter an das minimalinvasive chirurgische Instrument definiert. Beispiele hierfür sind der maximale Durchmesser des Instruments, bedingt durch den vorhanden Operationsraum, die Anzahl benötigter und umsetzbarer Bewegungsfreiheitsgrade sowie Anforderungen an die Bedienung sowie zu realisierende Kräfte für die Effektoren. Durch umfangreiche Recherchen und Gespräche mit späteren Anwendern wird definiert, welchen Funktions- und Leistungsumfang das minimalinvasive Instrument in verschiedenen Anwendungskonfigurationen besitzen muss. Bei der Umsetzung der Aktorik wird eine gezielte und flexible Steuerung des distalen Instrumentenendes im Operationsgebiet angestrebt. Durch die elektrische Ansteuerung des Instrumentenkopfes (beziehungsweise der FGL) ist hierbei eine reproduzierbare Positionierung desselben möglich. Dadurch kann ein bestimmter Teil im Operationsgebiet selbst nach zwischenzeitlicher Bewegung des Instrumentenkopfes, wie einer Rotationsbewegung, mehrfach „angefahren“ werden. Konventionelle Instrumente ermöglichen reproduzierbare Positionen hingegen nur durch manuelle, ungesteuerte Stellbewegungen des Instrumentenkopfes beziehungsweise des gesamten Instrumentes.
Als weiteres Anwendungsgebiet sind andere Schlüssellochoperationen, wie die Laparoskopie zu nennen. Als besonders relevant kann dabei das Halten von beispielsweise Nadeln oder das Greifen von Gewebe angesehen werden. Durch den modularen Ansatz können Firmen Teillösungen entsprechend ihres Portfolios anbieten. Durch verschiedene Konfigurationen der Module können kostengünstig mehrere chirurgische Anwendungsfelder abgedeckt werden. Davon profitieren gerade kleinere Kliniken.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-366388.html