Wenn Roboter Menschen operieren

Forschungsprojekt der FAU zu medizinischen Roboterassistenzsystemen mit rund 2 Millionen Euro gefördert

Ein Roboter, der Menschen operiert – was nach Science-Fiction klingt, könnte Ärzten und Ärztinnen zukünftig die Arbeit im OP erleichtern. Im Forschungsverbund „ForNeRo – Nahtlose und ergonomische Integration der Robotik in den klinischen Arbeitsablauf“ entwickeln Forschende der FAU gemeinsam mit fünf weiteren Forschungseinrichtungen und fünf Unternehmen Methoden, um assistierende Roboter für die Chirurgie durch intuitive Schnittstellen im Operationssaal zu integrieren.

Wegen seines innovativen Forschungsansatzes wird das Projekt nun mit rund 2 Millionen Euro vom Stiftungsrat der Bayerischen Forschungsstiftung gefördert.

„Aus innovativen Forschungsansätzen konkrete Anwendungen für die unternehmerische und gesellschaftliche Praxis zu machen, liegt ganz auf der Linie unserer Hightech Agenda der Bayerischen Staatsregierung“, erklärte Wirtschaftsminister Hubert Aiwanger anlässlich der Bekanntgabe der Förderung. „Forschungsverbünde sind die Sahnestücke der Bayerischen Forschungsstiftung. In diesem Format entstehen größere Forschungsnetzwerke, in denen Wirtschaft und Wissenschaft gemeinsam an technischen Lösungen für einen fachübergreifenden Themenkomplex arbeiten. Die Bündelung bayernweit vorhandener Kompetenzen verspricht dabei exzellente, verwertbare Resultate.“

ForNeRo als einer von nur zwei geförderten Forschungsverbünden soll es ermöglichen, chirurgische Robotik im OP-Saal zu verankern und die Software sinnvoll mit dem Menschen zusammenzubringen. So können Operationen sicherer und zugleich effektiver werden.

Mikro-Robotik am Auge

Sie sind zwar neu, aber längst keine Utopie mehr: Roboter, die bei Eingriffen assistieren, werden in der Augenchirurgie bereits vereinzelt angewendet. Bei Operationen im hinteren Augenabschnitt müssen Chirurginnen und Chirurgen mit einem Instrument sehr nah an der empfindlichen Netzhaut arbeiten.

„Netzhautchirurgie ist sehr feinmechanisch und braucht hohe Präzision und gleichzeitig extrem geringe Kräfte“, erklärt Prof. Franziska Mathis-Ullrich, Teilprojektleiterin von ForNeRo. „Das sind Kräfte, die unter dem Wahrnehmungslevel eines Menschen liegen.“

Arbeiten Chirurgen und Chirurginnen mit bereits existierenden Systemen, können diese die Präzision der menschlich durchgeführten Bewegung erhöhen. Bisher beinhalten sie allerdings keine autonome Arbeitsweise.

Roboter, die zum Teil autonom arbeiten, können einen noch größeren Mehrwert für die Augenchirurg/innen bieten. Das Forschungsprojekt soll Teilschritte von Augenoperationen so automatisieren, dass die Assistenzsysteme Chirurg/innen entlasten und besonders schwierige Schritte erleichtern.

Im Teilprojekt Mikro-Robotik will Mathis-Ullrich in Zusammenarbeit mit dem Forschungsverbund deshalb herausfinden, wie solche teilautonomen Schritte überhaupt aussehen könnten und wie die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine intuitiv und effizient funktioniert.

Robotersysteme noch nicht ausreichend integriert

Bislang sind Robotersysteme, obwohl sie bereits im OP-Saal eingesetzt werden, nicht optimal an die Abläufe und Bedingungen angepasst. Auch das soll der Forschungsverbund ForNeRo verbessern.

Bei Operationen am Auge müssen Chirurg/innen auf engstem Raum zusammenarbeiten, denn der Arbeitsbereich am Auge ist sehr klein. Deshalb müssen ergonomische Anforderungen, wie beispielsweise die Interaktion zwischen Mensch und Roboter berücksichtigt werden. Außerdem nutzen die Forschenden Simulationen, Augmented-Reality-Anwendungen und User-Interface-Technologien, um einen möglichst effizienten Arbeitsbereich für die Zusammenarbeit von OP-Personal und Robotersystemen zu schaffen.

„Das Personal muss den Roboter am Auge des Patienten effizient positionieren. Das bedeutet, wir müssen simulieren wie die OP abläuft und welche Einflüsse dies auf die Roboter-Assistenz hat“, beschreibt Mathis-Ullrich. „Um das Robotersystem zu integrieren, müssen außerdem Interaktionen analysiert werden.“ Dazu gehört beispielsweise, wie das System mit Patienten, dem OP-Personal oder weiteren Systemen interagieren würde.

Weitere Informationen

Prof. Franziska Mathis-Ullrich
Surgical Planning and Robotic Cognition (SPARC)
franziska.mathis-ullrich@fau.de