Hochmoderne Operationsroboter

Zu den wichtigsten Komponenten der neuesten Version des da Vinci™S HD-Operationssystems zählen qualitativ hochwertige Motoren, die auch bei extrem niedrigen Drehzahlen ruckfrei laufen.

Moderne, anspruchsvolle Operationen werden heute mit dem da Vinci™S HD-Operationssystem von Intuitive Surgical Inc. (Sunnyvale, Kalifornien, USA) durchgeführt, das Chirurg:innen minimalinvasive Eingriffe ermöglicht. Das System nutzt die fortschrittlichsten Technologien der Bewegungssteuerung, so dass die Operationsinstrumente ebenso ruhig und hochpräzise arbeiten wie die Hand geübter und erfahrener Chirurg:innen – selbst bei langsamsten Bewegungen. Intuitive Surgical hat ihr da Vinci™S HD-Operationssystem laufend weiterentwickelt und nutzt dabei die modernsten, auf dem Markt verfügbaren Komponenten und Bedienelemente, sodass das da Vinci™S HD auch weiterhin eine zuverlässige Durchführung hochkomplexer, lebensrettender Operationen gewährleistet. Jedes da Vinci™S HD-System enthält 39 maxon Motoren.

Ein hochpräzises Operationssystem

Das Operationssystem selbst benötigt nur drei 8 mm bis 12 mm kleine Schnitte im Körper der zu behandelnden Person, durch die zwei Instrumentenarme und eine Kamera in den Körper eingebracht werden. Nur der Roboter und die Operationsassistent:innen stehen über die zu operierende Person gebeugt, während die chirurgische Fachkraft, die das System bedient, an anderer Stelle im Operationssaal an der Steuerkonsole sitzt, wohin selbst das «Look and Feel» einer offenen Operation präzise übertragen wird.

Das da Vinci™S HD-Operationssystem ist als integraler Bestandteil des Operationssaals ausgelegt und soll das gesamte Operationsteam so unterstützen, wie dies von allen anderen, an dem Eingriff Beteiligten erwartet wird. Das da Vinci™S HD-Operationssystem besteht aus drei Hauptkomponenten: der Arztkonsole, einem mobilen Instrumententräger neben dem Operationstisch und dem Bildverarbeitungsmodul.

Kernstück des da Vinci™S HD-Operationssystems ist die Arztkonsole. Von ihr aus hat die chirurgische Fachkraft jederzeit die volle Kontrolle über die Operation. Versuche mit anderen Operationstechniken, welche über Videoübertragung verfügten, erwiesen sich als weniger geeignet. Die grösste Herausforderung war die der spiegelverkehrten Bewegungsrichtung, welche die Operateur:innen zu meistern hatten – in etwa die selbe Aufgabe als würde man sich die Schuhe mit Hilfe von Essstäbchen schnüren. Denn, bewegt man die Stäbchen nach links, bewegen sich die Spitzen nach rechts. Genau so laufen die aus der Standardlaparoskopie bekannten, gegenintuitiven Bewegungen ab. Diese gegenintuitiven Bewegungsabläufe mussten die Chirurg:innen nach und nach durch Erfahrung erlernen.

Bei Einsatz des da Vinci™S HD-Operationssystems können Chirurg:innen die Operation bequem sitzend von einer Steuerkonsole aus durchführen, während sie das Operationsfeld über eine bis dahin nicht erreichte, hochauflösende 3D-HD-Visualisierung betrachten. Als weltweit erster Operationsroboter mit hochauflösender 3D-HD-Darstellung bietet das System eine doppelt so hohe Anzeigeauflösung wie ältere Modelle und eine klarere Darstellung sowie eine verbesserte Detailerkennung von Gewebeschichten und kritischen Körperstrukturen. Das InSite™ Optiksystem, das hochauflösende 3D-HD-Endoskop und das Bildverarbeitungsmodul liefern realitätsgetreue Bilder des Operationsfelds. Mithilfe von Bildsynchronisation, hochintensiver Illuminatoren und Kamera-Steuerungseinheiten werden die Bilder der Operation verstärkt, verfeinert und weiter optimiert.

Ebenfalls an der Arztkonsole führt die chirurgische Fachkraft Bewegungen mittels Masters (Bedienelemente, die bei der Operation durchgeführte Bewegungen nachbilden) aus. Mit den Fingern fassen Operateur:innen die unterhalb der Bildanzeige liegenden Master-Bedienelemente, wobei sich die Handgelenke in einer für die Augen natürlichen Position befinden. Dann werden die Bewegungen der chirurgischen Fachkraft verzögerungsfrei in präzise Echtzeitbewegungen übersetzt und an die Instrumente im Körper der zu operierenden Person übertragen.

Die Instrumentenarme des Roboters werden von den Chirurg:innen durch Bewegungen des Handgelenks, der Hand und der Finger gesteuert, wie dies aus der klassischen Operationstechnik bekannt ist. Für das System ist ein breites Spektrum von EndoWrist™-Instrumenten verfügbar. Diese endoskopischen Instrumente sind dem menschlichen Handgelenk nachempfundenen und verfügen über sieben Freiheitsgrade der Bewegung. Jedes dieser Instrumente ist für einen bestimmten Operationsschritt ausgelegt, wie beispielsweise Klemmen, Nähen und Gewebemanipulation.

Im Wagen neben dem Operationstisch sind die beiden Roboterarme und der Endoskoparm untergebracht, die die Bewegungen der chirurgischen Fachkraft kopieren. Optional kann ein dritter Roboterarm installiert werden, mit dem Chirurg:innen ein zusätzliches endoskopisches Instrument einsetzen und weitere operative Optionen nutzen können. Die laparoskopischen Instrumente haben ihren Drehpunkt gleich neben den Operationsöffnungen, so dass die Bauchdecke der Patient:innen nicht mehr als Hebelansatz benutzt werden muss. Dies minimiert Verletzungen von Gewebe und Nerven. Operationsassistent:innen installieren die korrekten Instrumente, bereiten die Einführungen der Sonden in die zu operierende Person vor und überwachen die bei dem Eingriff benutzten laparoskopischen Arme und Instrumente.

maxon Motoren für extreme Ausfallsicherheit

Für die Durchführung von Operationen mithilfe robotischer Instrumente, die durch 8 mm bis 10 mm kleine Schnitte in den Körper der Patient:innen eingeführt werden, ist eine hochpräzise Bewegungssteuerung von grösster Wichtigkeit. Herzstück eines jeden Manipulators sind von maxon entwickelte und hergestellte DC-Motoren.

Mike Prindiville, für die Produktionstechnik verantwortlicher Manager bei Intuitive Surgical, erklärt dazu: «Der Markt bietet zahlreiche Optionen, doch maxon hat unsere Leistungs- und Qualitätsanforderungen konsequent und zuverlässig erfüllt und als starker Partner grossen Anteil am Erfolg unseres Produkts.» Die maxon Motoren liefern Eingangs- und Ausgangssignale für das da Vinci™S HD-System. Über eine Reihe von Feedback-Regelungen erhalten die Motoren und Encoder Eingangssignale von der chirurgischen Fachkraft. Diese werden durch die Elektronik in der Konsole des Systems in Echtzeit übersetzt und in Ausgangssignale für die Motoren in den Manipulatoren umgewandelt. Über die Elektronik in der Konsole üben die Manipulatoren wiederum fühlbaren Widerstand gegen die Hände der chirurgischen Fachkraft aus.

Intuitive Surgicals Ingenieur:innen haben mehr als 30 maxon Motoren eingebaut, einschliesslich RE-25-Motoren, einige mit, andere ohne Encoder-Feedback, ebenso RE-13-Motoren ausgerüstet mit Planetengetrieben der GP-13-Baureihe und magnetische Encoder mit 13 mm Durchmesser sowie RE-35-Motoren mit Encodern von Fremdherstellern.

Die maxon Motoren verfügen über Seltene-Erden-Magnete im Stator und eisenlose Rotoren. Durch ihr Design verfügen sie über kein magnetisches Rastmoment, was gegenüber konventionell konstruierten Motoren besonders bei niedrigen Betriebsdrehzahlen von grossem Vorteil ist. Darüber hinaus erreichen die Motoren eine hohe Leistungsdichte und grosse Laufruhe – beides elementare Voraussetzungen für die Aufgabenstellung von Intuitive Surgical.

Die Motoren in der Arztkonsole werden wegen ihrer Doppelfunktion als Master bezeichnet. Die Slave-seitigen Antriebe in den Manipulatoren weisen dieselbe Präzision auf, verfügen aber zusätzlich über eine Rückdrehbarkeit während die assistierende Person die Effektoren in Position bringt. Ebenso weisen die Motoren eine niedrige Hysterese an den Werkzeugspitzen der Instrumente auf.

Intuitive Steuerung, volle Bewegungsfreiheit und modernste Technologien

Das da Vinci™S HD-Operationssystem ist die einzige im Handel erhältliche Technologie, die Chirurg:innen die intuitive Steuerung der Operationsinstrumente, volle Bewegungsfreiheit, die schonende Behandlung des Gewebes sowie eine 3D-Visualisierung wie bei der offenen Operationsmethode ermöglicht. Gleichzeitig ermöglicht es minimalinvasive Operationen durch kleinste, angelegte Öffnungen. Erst der Einsatz modernster Technologie in Motoren und anderen Komponenten macht die Entwicklung solcher Systeme überhaupt möglich.

Das da Vinci™S HD-Operationssystem basiert auf der am SRI (früher Stanford Research Institute) entwickelten Grundlagentechnologie für computerassistierte Chirurgie. Um das da Vinci™S HD-System weiterzuentwickeln, arbeitete Intuitive Surgical später eng mit IBM, dem Massachusetts Institute of Technology und Heartport Inc. zusammen. Von der US-amerikanischen Arzneimittelbehörde (Food and Drug Administration, FDA) erhielt das System die Zulassung für bauchchirurgische Eingriffe, wie an Gallenblase oder Dickdarm, für die Brustkorb-Chirurgie, ausgenommen Eingriffe am Herzen, und für Prostataoperationen. In Europa werden mit dem da Vinci™S HD-System bereits Bypass-Operationen am Herzen durchgeführt.

«Jeden Tag verlassen wir uns auf mehr als 10000 maxon Motoren, um weltweit Patient:innen, Chirurg:innen und Kliniken mit Sicherheit zu bedienen. Dabei beweisen die maxon Motoren immer wieder ihre ausgezeichnete Bilanz in Bezug auf hohe Ausfallsicherheit, geringe Reibung und lange Lebensdauer», ergänzt Mike Prindiville, für die Produktionstechnik verantwortlicher Manager bei Intuitive Surgical. «Jedes einzelne da Vinci™-System wird strengen Leistungsprüfungen unterzogen, die Eigenschaften wie Reibung, Spiel und die Einhaltung von Konformitätsprofilen sowie das Feedback der unterschiedlichsten Sensoren überwachen.»