FLEXMODE-BOT

Die Mehrzahl der in der Literatur beschrieben experimentellen flexiblen chirurgischen Roboter wird für spezifische Verfahren mit einer begrenzten Anzahl von chirurgischen Instrumenten entwickelt. Eine universelle und insbesondere intuitive Einsetzbarkeit ist daher nicht gegeben. Ziel des Projekts ist somit die Entwicklung eines FLEXiblen MODularEn endoskopischen chirurgischen Roboters (FLEXMODE-BOT) für minimalinvasive Eingriffe durch natürliche Körperöffnungen. Das System besteht aus einem zunächst flexiblen am Situs jedoch hinsichtlich seiner Form verriegelbaren Basisschlauch ("Overtube"), der die weiteren Instrumente und Sensoren trägt und in den Patienten eingeführt wird, einem kraftvollen Retraktionsmodul, welches die Manipulation großer Organe mit neuen Betätigungsmethoden ermöglicht, einem teilautonomen Subsystem zur Insertion des Systems in den Körper, einem nachgiebigen Sensormodul zur Detektion der individuellen Anatomie bei der Insertion, einem Roboterarm, der das gesamte Gerät in der klinischen Umgebung manövriert sowie einer Benutzerschnittstelle.

Insgesamt wird die Entwicklung des FLEXMODE-BOT eine Vielzahl innovativer technologischenr Lösungen hervorbringen, die für eine Reihe von wissenschaftlichen Gebieten anwendbar sind und auch weitere Kommerzialisierungsmöglichkeiten eröffnen.

Das Vorhaben wird vom BMBF (FK 01D19002A) gefördert gemeinsam mit den folgenden Partnern voran getrieben:

• KAIST (Daejeon, Korea): Entwicklung des Grundgerüsts und eines Moduls zur automatisierten Insertion in den Körper des Patienten: Entwicklung des modular aufgebauten flexiblen formverriegelbaren Schlauchmanipulators (WP1), Antriebe für das Insertionsmodul (WP5a), Systemintegration (WP6) und Systemtest und Validierung (WP7)
• IMT (Stuttgart, DE) Entwicklung von Antrieben und Submodulen zur Gewebsretraktion und Erfassung der Kurvatur des Intestinaltrakts: Entwicklung von Antriebe für den Retraktor (WP3), der Gewebssensor (WP5b), Systemintegration (WP6) und Systemtest und Validierung (WP7)
• BEC GmbH (Pfullingen, DE): Entwicklung des Roboterarms als stabile Basisplattform zur Manipulation des Gesamtsystems im OP: Robotischer Positionierarm (WP4), Systemintegration (WP6) und Systemtest und Validierung (WP7)
• Ujintech (Daejeon, Korea): Entwicklung der Benutzerschnittstelle zur Bedienung und Steuerung des Gesamtsystems und der Teilkomponenten: Benutzerschnittstelle und Roboter-Simulator (WP2), Systemintegration (WP6) und Systemtest und Validierung (WP7)

Ein Gewebesensor soll die individuelle Anatomie des Dickdarms erfassen und die Bewegungsrichtung des Endoskops vorgeben. Um die Information des gekrümmten Verlaufs der individuellen Anatomie des Darms zu erfassen, wird ein Ballon über einen Arbeitskanal der Overtube im Sichtfeld der Kamera platziert. Die Luftzufuhr für den Ballon, welche gleichzeitig die Aufhängung ist, erfolgt mit einem flexiblen PUN-H Schlauch. Dadurch ist es möglich, dass der Ballon von der Darmwand weggebogen wird und den gekrümmten Verlauf des Darms folgt. Mit Hilfe der Bildverarbeitung kann der Ballon erkannt und seine Position relativ zur Overtube bestimmt werden. Wird der Ballon von der Darmwand wegbewegt, ändert sich auch die Position relativ zur Overtube. Da das Bildzentrum bekannt ist und die robotergestützte Overtube in x- und y-Richtungen bewegbar ist, kann diese dem Ballon folgen.

Mit diesem neuartigen System ist es möglich Informationen über den gekrümmten Verlauf des Darms zu gewinnen und in ein größeres robotisches-System zu integrieren. Die HT ist ein robustes, aber rechenaufwendiges Instrument um den Ballon als Kreis im Bild zu erkennen. Etwa fünf Mal die Sekunde wird die Information bereitgestellt wo sich der Ballon im Bild befindet und wohin sich die Overtube hinbewegen soll.

• Giuliano Giacoppo, Anna Tzellou, Joonhwan Kim, Hansoul Kim, Dong-Soo Kwon, Kent W. Stewart, Peter P. Pott, An optical colon contour tracking system for robot-aided colonoscopy  - Localization of a balloon in an image using Hough-Transformation, An Optical Colon Contour Tracking System for Robot-aided Colonoscopy. In: Palm C., Deserno T.M., Handels H., Maier A., Maier-Hein K., Tolxdorff T. (eds) Bildverarbeitung für die Medizin 2021. Informatik aktuell. Springer Vieweg, Wiesbaden, doi: 10.1007/978-3-658-33198-6_17.
• Giacoppo GA, Mammel R, Pott PP, Finding the curved pathway of an intestine for robot-aided colonoscopy, 55. DGBMT Jahrestagung, 05.10.-07.10.2021, Hannover