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Neuartiges Instrumentenwechselsystem (IWS) für die minimal-invasive Chirurgie

Stuttgart (11. Februar 2011) – Kürzere und kostengünstigere Operationszeiten, die den Patienten schonen und das Operationsergebnis verbessern – das ist der Wunsch vieler Chirurgen, der nun in Erfüllung gehen könnte. Am Fraunhofer IPA in Stuttgart wird derzeit ein automatisches Instrumentenwechselsystem (IWS) entwickelt, das auf einem hydraulischen Ansatz basiert und dadurch eine deutliche Qualitätssteigerung minimal-invasiver Eingriffe ermöglicht.

Das automatische IWS, das von Medizintechnikern und Maschinenbauern im Rahmen eines Forschungsprojekts konzipiert wurde, basiert auf der kapselförmigen Ausführung der Sensoren und Effektoren laparoskopischer Instrumente (z. B. Präparierzangen oder Gewebescheren). Die Kapselform erlaubt den automatisierten Austausch der Instru­mente mittels Hydrauliksystems, ohne insgesamt die Baugröße konventioneller Instrumente zu überschreiten. »Durch ein Revolvermagazin können bis zu fünf verschiedene Instru­men­tenkapseln außerhalb des Körpers positioniert werden«, erklärt Projektleiter Dominik Kaltenbacher und fährt fort: »Je nach ausgewähltem Instrument wird der Instrumen­ten­speicher so lange gedreht, bis die entsprechende Kammer mit dem permanent im Körper verbleibenden Arbeitskanal fluchtet.« Die Kapsel wird hydraulisch bis an das distale Ende des Kanals vorgeschoben. Beim Austausch sorgt ein Unterdruck im Hydrauliksystem für das Rückholen der Kapsel in den Instrumentenspeicher und der Vorgang für das neu ausgewählte Instrument kann von vorne beginnen.

Das hydraulische System spielt aber nicht nur beim Instrumentenwechsel, sondern auch als Antriebsmechanismus der Greifkinematik des Effektors eine wichtige Rolle. Hierfür wird die Kapsel bis zum distalen Ende des Arbeitskanals gegen einen Anschlag bewegt. Eine weitere Erhöhung des Drucks bewegt in der Instrumentenkapsel einen Hydraulikzylinder, dessen Bewegung mittels eines Getriebes auf den Effektor übertragen wird und ihn schließt.

Derzeit werden bei minimal-invasiven Eingriffen im Bauchraum laparoskopische Instrumente primär manuell gewechselt. Der Chirurg entfernt das zu wechselnde Instrument, übergibt es dem OP-Personal und führt anschließend das neue Instrument durch die Bauchdecke ein. »Diese umständliche Prozedur eröffnet uns ein enorm großes Kosten- und Zeiteinsparungspotenzial, da in der minimalinvasiven Chirurgie die notwendigen Instrumente durch Arbeitskanäle bis zu 100 Mal manuell ausgewechselt werden müssen«, verdeutlicht Timo Cuntz, ebenfalls Projektleiter, die Bedeutung des Ende 2010 mit einem IPA-Innovationspreis ausgezeichneten Projekts.

Bisher wurde im Rahmen des Forschungsprojekts die mögliche Realisierung dieses hy­draulischen Wechselprinzips durch erste Testreihen und -versuche bestätigt. Die Forscher haben sich aber bereits weitere Meilensteine gesetzt: Zum einen soll das IWS hinsichtlich der Größe und des Gewichts optimiert werden; zum anderen werden die Kapselabdichtungen im Magazin und an der Instrumentenspitze untersucht. Zudem soll das IWS durch eine einfache und sterile Entlüftung ergänzt werden. Abschließendes Ziel des Projekts ist die gemeinsame Produktentwicklung des IWS mit Partnern aus der Medizintechnikindustrie Deutschland.

Quelle: Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, 11.02.2011 (tB).