Roboter in der Medizin - Fortschritt oder Risiko? - Institut für Robotik ...
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<strong>Roboter</strong> <strong>in</strong> <strong>der</strong> Mediz<strong>in</strong> -<br />
<strong>Fortschritt</strong> o<strong>der</strong> <strong>Risiko</strong>?<br />
Friedrich Bootz
Friedrich Bootz <strong>Roboter</strong> <strong>in</strong> <strong>der</strong> Mediz<strong>in</strong> - <strong>Fortschritt</strong> o<strong>der</strong> <strong>Risiko</strong>?<br />
Geschichte <strong>der</strong> Navigation <strong>in</strong> <strong>der</strong> Kopf-Hals-Chirurgie<br />
1986-87<br />
Prof. Dr. G. Schlöndorf<br />
G. Schlöndorff, R. Mösges, D. Meyer-Ebrecht, W. Krybus, L. Adams: CAS E<strong>in</strong> neuartiges Verfahren <strong>in</strong> <strong>der</strong> Kopf-<br />
Halschirurgie. HNO (1989) 37:187-190
Friedrich Bootz <strong>Roboter</strong> <strong>in</strong> <strong>der</strong> Mediz<strong>in</strong> - <strong>Fortschritt</strong> o<strong>der</strong> <strong>Risiko</strong>?
Friedrich Bootz <strong>Roboter</strong> <strong>in</strong> <strong>der</strong> Mediz<strong>in</strong> - <strong>Fortschritt</strong> o<strong>der</strong> <strong>Risiko</strong>?
Friedrich Bootz <strong>Roboter</strong> <strong>in</strong> <strong>der</strong> Mediz<strong>in</strong> - <strong>Fortschritt</strong> o<strong>der</strong> <strong>Risiko</strong>?
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E<strong>in</strong>satz von Mediz<strong>in</strong>robotern<br />
Präzision/Reproduzierbarkeit<br />
große Geschicklichkeit<br />
schwierige, anatomisch schlecht zugängliche Regionen<br />
sich ständig wie<strong>der</strong>holende/ermüdende Tätigkeiten<br />
hohe Geschw<strong>in</strong>digkeit erfor<strong>der</strong>lich<br />
große Kräfte erfor<strong>der</strong>lich
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Mediz<strong>in</strong>roboter für den E<strong>in</strong>satz am Patienten<br />
o Pflegeroboter<br />
o Diagnoseroboter<br />
o Assistenzroboter<br />
o Therapieroboter
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Der Chirurg plant die<br />
Operation offl<strong>in</strong>e auf<br />
e<strong>in</strong>em Computermodell<br />
des Patienten (CT, MRT)<br />
Der Chirurg downloadet den<br />
operativen Vorgang zum<br />
chirurgischen <strong>Roboter</strong><br />
Der <strong>Roboter</strong> führt den<br />
gedownloadeten<br />
operativen Plan durch<br />
während <strong>der</strong> Chirurg<br />
die Aktion beobachtet<br />
Der Chirurg und <strong>der</strong> <strong>Roboter</strong> bleiben permanent<br />
unter direkter Kontrolle (Intuitive Steuerung). Der<br />
<strong>Roboter</strong> wird direkt vom Chirurgen gesteuert.<br />
Der Chirurg kontrolliert den <strong>Roboter</strong> <strong>in</strong> real time über e<strong>in</strong> haptisches<br />
Interface. Der <strong>Roboter</strong> führt nur die Aktionen nach dem Master Slave<br />
Pr<strong>in</strong>zip durch, die <strong>der</strong> Chirurg vorgibt.
Friedrich Bootz <strong>Roboter</strong> <strong>in</strong> <strong>der</strong> Mediz<strong>in</strong> - <strong>Fortschritt</strong> o<strong>der</strong> <strong>Risiko</strong>?<br />
Erste Anwendung e<strong>in</strong>es Chirurgieroboters<br />
– 1985 Y.S. Kwoh et al.<br />
– Puma 200<br />
– 52jähriger Patient<br />
– Stereotaktische Biopsie von Gewebe (Tumor) im Gehirn<br />
Puma 200, Unimate<br />
Kwoh et al., 1988, IEEE Trans BiomedEng<br />
Stereotaxierahmen<br />
Kwoh YS, Hou J, Jonckheere EA, Hayati S. A robot with improved absolute position<strong>in</strong>g accuracy for CT guided stereotactic bra<strong>in</strong><br />
surgery. IEEE Trans Biomed Eng. 1988 Feb;35(2):153-160.
Friedrich Bootz <strong>Roboter</strong> <strong>in</strong> <strong>der</strong> Mediz<strong>in</strong> - <strong>Fortschritt</strong> o<strong>der</strong> <strong>Risiko</strong>?<br />
Erste Anwendung e<strong>in</strong>es Chirurgieroboters<br />
– 1985 Y.S. Kwoh et al.<br />
– Puma 200<br />
– 52jähriger Patient<br />
– Stereotaktische Biopsie von Gewebe (Tumor) im Gehirn<br />
Puma 200, Unimate<br />
Kwoh et al., 1988, IEEE Trans BiomedEng<br />
Stereotaxierahmen<br />
Kwoh YS, Hou J, Jonckheere EA, Hayati S. A robot with improved absolute position<strong>in</strong>g accuracy for CT guided stereotactic bra<strong>in</strong><br />
surgery. IEEE Trans Biomed Eng. 1988 Feb;35(2):153-160.
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• <strong>Roboter</strong> <strong>in</strong> <strong>der</strong> Strahlentherapie<br />
– 1999 (FDA-Freigabe)<br />
– Cyberknife, Accuray<br />
– Entwickelt <strong>in</strong> Stanford seit 1987<br />
– ca. 160 Installation<br />
und 60.000 Behandlungen<br />
Cyberknife: zielgenaue und schmerzfreie<br />
bildgeführte <strong>Roboter</strong>-Radiochirurgie<br />
Bildnachweis: Europäisches Cyberknife Zentrum München-Großha<strong>der</strong>n
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• Erste urologische Anwendung<br />
– Anfang <strong>der</strong> 1990er<br />
– PROBOT, Imperial College und<br />
Guy‘s Hospital London<br />
– Biopsien von Prostatagewebe<br />
PROBOT, Imperial College, London
Friedrich Bootz <strong>Roboter</strong> <strong>in</strong> <strong>der</strong> Mediz<strong>in</strong> - <strong>Fortschritt</strong> o<strong>der</strong> <strong>Risiko</strong>?<br />
Erster kommerziell verfügbarer Chirurgieroboter<br />
– 1992<br />
– ROBODOC, Integrated Surgical Systems<br />
– Knochenfräsen für Hüft- und Kniegelenksprothesen<br />
ROBODOC®, Integrated Surgical Systems CASPAR, OrthoMaquet/URS Ortho, 1997-200x
Friedrich Bootz <strong>Roboter</strong> <strong>in</strong> <strong>der</strong> Mediz<strong>in</strong> - <strong>Fortschritt</strong> o<strong>der</strong> <strong>Risiko</strong>?<br />
Erster kommerziell verfügbarer Chirurgieroboter<br />
– 1992<br />
– ROBODOC, Integrated Surgical Systems<br />
– Knochenfräsen für Hüft- und Kniegelenksprothesen<br />
ROBODOC®, Integrated Surgical Systems CASPAR, OrthoMaquet/URS Ortho, 1997-200x
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• <strong>Roboter</strong> für m<strong>in</strong>imal<strong>in</strong>vasive endoskopische OPs<br />
– 1998<br />
– ZEUS, Computer Motion Inc.<br />
– Computer Motion Inc. <strong>in</strong> 2003 von<br />
Intuitive Surgical Inc. übernommen<br />
ZEUS, Computer Motion Inc.
Friedrich Bootz <strong>Roboter</strong> <strong>in</strong> <strong>der</strong> Mediz<strong>in</strong> - <strong>Fortschritt</strong> o<strong>der</strong> <strong>Risiko</strong>?<br />
• <strong>Roboter</strong> für m<strong>in</strong>imal<strong>in</strong>vasive endoskopische OPs<br />
– 1998<br />
– ZEUS, Computer Motion Inc.<br />
– Computer Motion Inc. <strong>in</strong> 2003 von<br />
Intuitive Surgical Inc. übernommen<br />
ZEUS, Computer Motion Inc.
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<strong>Roboter</strong><strong>in</strong>tegration : S<strong>in</strong>gleport<br />
Zugang für mehrere Instrumente (und Endoskop) durch e<strong>in</strong>en e<strong>in</strong>zigen Hautschnitt<br />
Quelle: YouTube
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<strong>Roboter</strong><strong>in</strong>tegration: S<strong>in</strong>gleport<br />
Endo-Samurai, Olympus, Japan<br />
Highly Versatile S<strong>in</strong>gle Port System, TU München, Deutschland
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Telerobotik<br />
Im Allgeme<strong>in</strong>en: Der Begriff Telerobotik wird für alle <strong>Roboter</strong>anwendungen<br />
verwendet, bei denen <strong>der</strong> <strong>Roboter</strong> direkt o<strong>der</strong> <strong>in</strong>direkt<br />
durch e<strong>in</strong>en menschlichen Bediener gesteuert wird (human-<strong>in</strong>-the-loop).<br />
Niemeyer et, al., 2008 (Spr<strong>in</strong>ger Handbook of Robotics)<br />
Master: Die E<strong>in</strong>gabekonsole,<br />
von <strong>der</strong> aus <strong>der</strong> menschliche<br />
Bediener den <strong>Roboter</strong> fernsteuert<br />
Slave: Der entfernte <strong>Roboter</strong>, <strong>der</strong><br />
die vom Master empfangenen<br />
Anweisungen durchführt
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<strong>Roboter</strong> für m<strong>in</strong>imal<strong>in</strong>vasive endoskopische OPs<br />
– Da V<strong>in</strong>ci, Intuitive Surgical Inc<br />
– Seit 1991 vom Verteidigungsm<strong>in</strong>isterium <strong>der</strong> USA entwickelt<br />
– 2000 (FDA-Freigabe)<br />
Da V<strong>in</strong>ci Robot, Intuitive Surgical Inc, USA
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Telechirurgie<br />
Erste transatlantische OP New York Straßburg<br />
– 7. September 2001<br />
– Gallenblasenoperation<br />
– Operation L<strong>in</strong>dbergh<br />
(Professor J. Marescaux und Team<br />
vom IRCAD (<strong>Institut</strong>e for Research I<br />
nto Cancer of the Digestive System)<br />
– Mit ZEUS OP-<strong>Roboter</strong><br />
Operation L<strong>in</strong>dbergh, Press Release
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− Über 300 Da V<strong>in</strong>ci® - Systeme s<strong>in</strong>d weltweit im E<strong>in</strong>satz<br />
− mehrere zehntausend E<strong>in</strong>griffe weltweit<br />
− über 8000 Da V<strong>in</strong>ci radikale Prostatektomien <strong>in</strong> den USA im Jahre 2004<br />
− über 16000 Da V<strong>in</strong>ci radikale Prostatektomien <strong>in</strong> den USA im Jahre 2005<br />
− "Da V<strong>in</strong>ci" radikale Prostatektomie ist die am schnellsten wachsende Behandlungsart für das<br />
lokalisierte Prostatakarz<strong>in</strong>om <strong>in</strong> den USA (+ 300 % <strong>in</strong> den letzten zwei Jahren)<br />
Postulierte Vorteile des Da V<strong>in</strong>ci® - Systems:<br />
weniger Schmerzen<br />
weniger Wundheilungsstörung<br />
weniger Blutverlust, weniger Transfusionen<br />
weniger Narben<br />
kürzere Krankenhaus-Verweildauer<br />
schnellere Erholung nach dem E<strong>in</strong>griff<br />
raschere Rückkehr zum "normalen Leben"<br />
selteneres Auftreten von Impotenz und Inkont<strong>in</strong>enz<br />
Nachteile:<br />
hohe Investitionskosten<br />
hohe Verbrauchskosten (Instrumente)
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Patients who un<strong>der</strong>went RALP (robot-assisted laparoscopic prostatectomy)<br />
were more likely to be regretful and dissatisfied, possibly because of higher<br />
expectation of an "<strong>in</strong>novative" procedure. We suggest that urologists<br />
carefully portray the risks and benefits of new technologies dur<strong>in</strong>g<br />
preoperative counsel<strong>in</strong>g to m<strong>in</strong>imize regret and maximize satisfaction<br />
Schroeck FR, Krupski TL, Sun L, et al. Satisfaction and regret after open<br />
retropubic or robot-assisted laparoscopic radical prostatectomy. Eur Urol. 2008<br />
Oct;54(4):785-793
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Dem <strong>Roboter</strong><br />
gel<strong>in</strong>gt die<br />
Bohrung im<br />
Knochen auf<br />
fünf hun<strong>der</strong>tstel<br />
Millimeter<br />
genau
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Vierhändige endoskopische Nasennebenhöhlenchirurgie<br />
Aus Simmen, Jones Manual of Endoscopic S<strong>in</strong>us Surgery Thieme 2005
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Vierhändige endoskopische Nasennebenhöhlenchirurgie<br />
Aus Simmen, Jones Manual of Endoscopic S<strong>in</strong>us Surgery Thieme 2005
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• Patienten Sicherheit<br />
– Def<strong>in</strong>ition des Arbeitsraumes<br />
– Def<strong>in</strong>ition <strong>der</strong> Kraft, die während <strong>der</strong> Operation auf<br />
verschiedene Strukturen e<strong>in</strong>wirkt<br />
– Registration <strong>der</strong> Instrumentenspitze<br />
• Komfort für den Operateur<br />
– Endoskop folgt automatisch <strong>der</strong> Instrumentenspitze<br />
– Das Endoskop <strong>in</strong>terferiert nicht mit den chirurgischen<br />
Instrumenten<br />
– Automatische Endoskop Re<strong>in</strong>igung
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Manuelle Modellierung<br />
Generierung von 53 handsegmentierten Datensätzen:<br />
-- rot: kritische Bereiche<br />
-- blau: semikritische Bereiche<br />
-- grün: entfernbare Bereiche
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Individuelle 3D-Modelle
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Mittel- und Maximalwerte während kont<strong>in</strong>uierlicher Messung <strong>der</strong> Kraft
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Bestimmung <strong>der</strong> durchschnittlichen<br />
Endoskoposition
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Arbeitsraum (Endoskop-Spitze):<br />
• 99.99%-Würfel: 49.54 mm x 40.94 mm x 12.01 mm<br />
V = 24.36 cm 3<br />
• 50%-Würfel: 16.59 mm x 11.38 mm x 6.30 mm<br />
V = 1.19 cm 3
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Hauptachse und Pivot-Po<strong>in</strong>t/Pivot-Region
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Pivot-Region/Pivot-Po<strong>in</strong>t:<br />
• 99.99%-Ellipsoid: 13.80 mm x 8.12 mm<br />
F = 1.12 cm 2<br />
• 50 %- Ellipsoid: 3.93 mm x 2.31 mm<br />
F= 0.09 cm 2
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