Das Projekt SPIRITS zielt darauf ab, ein Roboter-System für die interventionelle Radiologie und hybride bildgestützte Chirurgie zu entwickeln. Im Rahmen des Projekts wurde ein fast vollständig 3D-gedruckter Telemanipulator zur Nadelpositionierung entwickelt. Neuartig an diesem Roboter ist der Einsatz additiver Fertigungsverfahren zur Herstellung der integrierten hydraulischen Aktoren und anderer mechanischer Komponenten. Durch den ausschließlichen Einsatz von Polymeren bietet der Roboter eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten bis hin zur MRT-Kompatibilität.

Klinischer Aspekt

Der Einsatz von Robotern, die dazu dienen, bildgestützte Interventionen effizient und präzise durchzuführen, ist mit Aufwand verbunden: Solche Systeme sind meist technisch komplex, teuer und nehmen viel Platz ein. Das Ziel des Projekts SPIRITS ist die Entwicklung kleiner Roboter oder Manipulatoren, die nur über das Minimum der für einen spezifischen Eingriff notwendigen Funktionen verfügen. Durch den Einsatz neuer 3D-Druck-Verfahren können diese Roboter kostengünstig, schnell und patientenspezifisch hergestellt werden.

Forschungsinhalte

Im Rahmen des SPIRITS-Forschungsverbunds beschäftigt sich das MIISM mit der Entwicklung und Herstellung kompakter hydraulischer Aktoren für den Einsatz in 3D-gedruckten Robotern. Ziel ist, den Roboter inklusive Aktoren in einem einzigen Fertigungsschritt zu produzieren. Hydraulische Aktoren bieten gegenüber herkömmlichen elektrischen Aktoren den Vorteil, dass sie vollständig aus Kunststoffen bestehen können. Dies bietet enorme Vorteile für bildgestützte Interventionen, da die verwendeten Werkstoffe eine geringe Röntgenabschwächung aufweisen und MRT-tauglich sind.

Ein weiterer Forschungsaspekt ist die Untersuchung der CT- und MRT-Tauglichkeit der verwendeten Werkstoffe.

Ergebnisse

Im Rahmen von SPIRITS wurde ein kompakter hydraulischer Telemanipulator mit zwei Freiheitsgraden zur Angulation einer Biopsienadel entwickelt, der vollständig aus Kunststoffen besteht. Die Ansteuerung dieses Telemanipulators erfolgt über eine hydraulische Regelung der integrierten Aktoren. Der Manipulator ist über fünf Meter lange Schläuche mit der Steuereinheit verbunden, sodass diese Steuerungseinheit im Kontrollraum platziert werden kann. Die hydraulischen Aktoren wurden für die Herstellung mit einem Multi-Material-Verfahren (flexibel/starr) optimiert.