Kraftbasierte lokale Navigation zur robotergestützten Implantatbettanlage in der lateralen Schädelbasis Eine experimentelle Studie

Abstract

Hintergrund. Die Domäne der Operationsroboter liegt heute in Fräsarbeiten an knöchernen Strukturen, ihr Einsatz bietet sich z. B. bei den langwierigen und zugleich hochpräzisen Fräsvorgängen im Bereich der lateralen Schädelbasis an. In jüngsten Arbeiten wurden Prozessparameter zur Anlage eines Implantatlagers bspw. für ein Kochleaimplantat oder für eine roboterunterstützte Mastoidektomie ermittelt. Hieraus ergaben sich Optimierungsparameter für solche Fräsvorgänge. Patienten und Methodik. Aus diesem Grunde wurde ein Verfahren entwickelt, welches aus einer geometrischen Beschreibung des Implantates eine geeignete Fräsbahn errechnet sowie eine kraftgeregelte Prozesskontrolle des Fräsvorganges implementiert. Mit einem 6-achsigen Knickarmroboter erfolgten die experimentellen Untersuchungen an Holz-, Tier- und Felsenbeinpräparaten. Ergebnisse. Durch intraoperative Onlinerückkopplung der Kraftsensorik war eine lokale Navigation möglich. Bei Kräften über den Grenzwert wurde die Vorschubgeschwindigkeit automatisch reguliert, auch konnte das Erreichen der Dura an Hand der Werte detektiert werden. Das Implantatlager ließ sich durch das Computerprogramm exakt ausfräsen. Schlussfolgerung. Die zufriedenstellende Anlage eines Implantatbettes in der Kalotte gelingt mit einem Roboter durch einen kraftgeregelten Fräsvorgang im Sinne einer lokalen Navigation. Excellent precision, miss of retiring, reproducibility are main characteristics of robots in the operating theatre. Because of these facts their use for surgery in the lateral scull base is of great interest. In recent experiments we determined process parameters for robot assisted reaming of a cochlea implant bed and for a mastoidectomy. These results suggested that optimizing parameters for thrilling with the robot is needed. Therefore we implemented a suitable reaming curve from the geometrical data of the implant and a force controlled process control for robot assisted reaming at the lateral scull base. Experiments were performed with an industrial robot on animal and human scull base specimen. Because of online force detection and feedback of sensory data the reaming with the robot was controlled. With increasing force values above a defined limit feed rates were automatically regulated. Furthermore we were able to detect contact of the thrill to dura mater by analyzing the force values. With the new computer program the desired implant bed was exactly prepared. Our examinations showed a successful reaming of an implant bed in the lateral scull base with a robot. Because of a force controlled reaming process locale navigation is possible and enables careful thrilling with a robot.