Roboter und künstliche Intelligenzen werden in der Medizin mehr und mehr ein Thema. Sie kommen in der Chirurgie zum Einsatz oder unterstützen Mediziner bei der Findung von Diagnosen und der Erstellung von Therapieplänen. Und in Zukunft könnte es sogar möglich werden, mittels winziger Roboter Arzneien direkt an die Stelle im Körper zu bringen, an der sie auch wirken sollen. Ein Team des Boston Children’s Hospital hat nun ein weiteres Einsatzgebiet für die Robotik in der Medizin erschlossen: Der von ihnen entwickelte Herzkatheter kann selbstständig durch das Venensystem zum Herzen navigieren und dort das einprogrammierte Ziel finden.


Bild: Fagogenis et al., Sci. Robot. 4, eaaw1977 (2019)

Operationsmethoden der Zukunft

Für ihren autonomen Herzkatheter haben die Forscher rund um Georgios Fagogenis Sensortechnik entwickelt, die mit Algorithmen verknüpft und vom Verhalten nachtaktiver Tiere inspiriert ist. Der Katheter macht sich eine Kombination aus Tast- und Sehsinn für die Navigation durch die Gefäße und durch das Herz zunutze. Dabei folgt die Sputze des Katheters den Gefäßwänden und orientiert sich mittels regelmäßiger Berührung derselben. „ Die Algorithmen helfen dem Katheter herauszufinden, welches Gewebe er gerade berührt, ob es im Herzen ist und welche Bewegung er als nächstes ausführen sollte, um seinem Ziel näher zu kommen„, so Pierre Dupont, der an der Entwicklung des Katheters beteiligt war. Dabei überträgt eine Kamera Bilder von dem Gewebe, das die Katheterspitze berührt, während Drucksensoren die Anpressstärke des Katheters ermitteln und verhindern, dass er die Gefäßwand perforiert.

Der autonome Katheter soll den menschlichen Chirurgen freilich nicht ersetzen, sondern ihm Arbeit abnehmen. „ Er erlaubt es dem Chirurgen, sich auf die entscheidenden Aspekte der Operation zu konzentrieren„, so die Forscher.


Test am Schweineherzen

Getestet hat das Team die Technologie auch bereits: Sie ersetzten die Aortenklappe eines Schweines durch eine künstliche Herzklappe, die an drei Stellen undicht war. Der Roboterkatheter sollte dann selbstständig durch die linke Herzkammer navigieren und die Herzklappe erreichen. Um einen Vergleich zu ermöglichen, ließen die Forscher die gleiche Prozedur von erfahrenen Chirurgen manuell sowie mit einem per Joystick kontrollierten Katheter durchführen.

Diese Tests führten die Forscher 90 Mal durch. 89 Mal davon gelang es dem Katheter, durch das schlagende Herz zu der Herzklappe zu navigieren. Dabei war er schneller als der Katheter, der mittels Joystick gesteuert wurde, aber etwas langsamer als ein Chirurg, der den Katheter manuell führte. „ Das ist ziemlich beeindruckend, wenn man bedenkt, dass er sich dabei im blutgefüllten, schlagenden Herzen bewegt und ein nur Millimeter kleineres Zeil erreichen muss„, so Dupont.

Derartige Katheter könnten zukünftig nicht nur für die Herzchirurgie von Interesse sein, sondern auch in anderen Körperbereichen eingesetzt werden. Viele minimalinvasive Eingriffe wie etwa Eingriffe in Gefäßen, dem Verdauungstrakt oder den Atemwegen könnten mit Hilfe von Roboterkathetern durchgeführt werden. Freilich müsste vorher in klinischen Studien untersucht werden, ob derartige Katheter wirklich gegenüber den Alternativen vorzugswürdig sind. In ferner Zukunft könnten lernfähige Roboter einfache Eingriffe unter Umständen auch komplett alleine durchführen.

via Science Daily

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