Development of a semi-automatic surgical assistance system for harvesting the internal thoracic artery based on intraoperative imaging and feedback control.

• Applicants: Professor Dr. Volkmar Falk; Professor Dr. Werner Korb; Professor Dr.-Ing. Tobias Johannes Ortmaier
• Subject Area: Medical Physics, Biomedical Technology
• Term: from 2007 to 2015
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 32378458

Die Verwendung von intraoperativer Bildgebung nimmt zu, da diese aktuelle Informationen bietet, um hoch präzise und spezielle Eingriffe durchzuführen. Der Chirurg ist bei den verwendeten Systemen in den medizinischen Arbeitsablauf eingebunden, da er die Bilder interpretieren und daraus die nächsten Arbeitsschritte ableiten muss. Es hat sich für einige Anwendungen herausgestellt, dass semiautomatische Ansätze einen Vorteil bieten, da sich der Chirurg somit auf andere wichtigere Aufgaben konzentrieren kann. Den Chirurgen von simplen, sich wiederholenden Aufgaben zu entlasten erhöht sowohl die Situationsaufmerksamkeit (situational awareness) als auch die Ergonomie sowie die Patientensicherheit. Die Arbeitsgruppe möchte ein System entwickeln und evaluieren, das aus einem endoskopischen Ultraschallkopf sowie einem monopolaren Elektroskalpell besteht. Dieses Instrumentenpaar ist an einen innovativen, universellen Medizinroboter angedockt und soll die interne Brustwandarterie (internal thoracic artery, ITA) während einer (total-endoskopischen) Bypassoperation (TECAB) frei präparieren. Dieser chirurgische Arbeitsschritt ist von höchster Schwierigkeit aufgrund der eingeschränkten Sicht und Instrumentenbeweglichkeit sowie der nicht vorhandenen taktilen Informationen. Aufgrund von Muskulatur und Fettgewebe ist die Identifikation des Gefäßes unter diesen Bedingungen schwierig. Hierdurch verlängert sich dieser Teil des endoskopischen Eingriffes und das Risiko einer Gefäßverletzung erhöht sich. Das neuartige System ASTMA soll semi-automatisch arbeiten: es regelt die Position und Ausrichtung des chirurgischen Instruments anhand von intraoperativer Ultraschallbildgebung. Die Aufgabe ist aufgeteilt zwischen Chirurg und Maschine. Nach unserem Wissensstand ist ein solches Konzept zur geteilten Autonomie (shared autonomy) bisher in der Chirurgie während intraoperativer Bildgebung weder entwickelt noch angewendet worden. Es soll exemplarisch für die Präparation der Brustwandarterie durch ein semi-automatisches Robotersystem entwickelt werden.

• DFG Programme: Research Grants
• International Connection: Switzerland
• Participating Persons: Professor Dr.-Ing. Gerd Hirzinger; Dr. Stephan Jacobs