VDE Broschüre

Mikroelektronik hilft Ärzten und Patienten

26. Juli 2022, 15:14 Uhr | Ute Häußler
VDE GMM Mikroelektronik Robotik Aktorik Chirurgie
© VDE

In einem neuen Flyer informiert die VDE/VDI GMM über medizinische Assistenzsysteme für die Chirurgie und den Alltag, denn diese sind ohne Mikroelektronik undenkbar.

Computergestützte Technologien und autonome »Roboter«, die ohne menschliche Eingriffe immer komplexere Auf­gaben erledigen, sind auch in medizi­nischen Anwendungen auf dem Vormarsch. Die VDE VDI GMM stellt im Flyer »Medizinische Assistenzsysteme mit Mikroelektronik: Robotertechnologie für Chirurgie und Alltag« die technologische und ökonomische Relevanz moderner Medizintechnik heraus.
Medizinische Assistenzsysteme decken zwei grundverschiedene Bereiche ab: Hightech-Systeme im Operationssaal und Hightech-Systeme für Patienten. Sie basieren auf innovativer Roboter- und Automatisierungstechnik mit präziser und empfindlicher Sensorik zur Erfassung einer komplexen und dynamischen Situation, kleinen energieeffizienten Aktoren mit großer Leistungsdichte zum Ausführen hochpräziser Bewegungen und leistungsstarker, echtzeitfähiger Steuerung auf Basis integrierter mikroelektronischer Systeme.

Hightech im OP

In der computer- und robotergestützten Chirurgie sind bislang hauptsächlich zwei Arten von Assistenzsystemen im Einsatz: Telemanipulatoren und Positioniersysteme. Bei der Telemanipulation mit starrer Instrumentenführung kommen chirurgische Assistenzsysteme mit Roboterarmen zum Einsatz, an deren Ende die Instrumente sowie die Kameras installiert sind. Solche Instrumente lassen sich heutzutage flexibler als die menschliche Hand bewegen und können über ein 3D-Sichtgerät gesteuert werden. Selbst feinste Strukturen einschließlich der Nerven sind auf diese Weise erkennbar. Fingerbewegungen werden von einem 3D-Joystick elektronisch erfasst und hochgenau in skalierte Instrumentenbewegungen verwandelt. Dieses Verfahren ist deutlich präziser als konventionelle Eingriffe.

Die Telemanipulation mit flexibler Instrumentenführung ist inzwischen ebenfalls gebräuchlich. In einem Gliederschlauch untergebrachte Instrumente und Stereokameras lassen sich in natürlichen Hohlräumen des Körpers zum Operationssitus vorschieben. Dank solcher Hightech-Systeme werden minimalinvasive Eingriffe möglich, die weniger traumatisch sind als herkömmliche Verfahren. Außerdem verursachen sie geringere Blutverluste und verringern die Gefahr einer Nervenschädigung.

Ein Beispiel für eine präzise Implantatpositionierung in der Orthopädie ist die Implantation eines künstlichen Kniegelenks, dessen optimaler Sitz sich anhand eines 3D-Modells berechnen lässt. Auf Basis der Bilddatei sorgt auf Mikroelektronik beruhende Navigationstechnik für eine exakte Robotersteuerung bei der Operation. Ein anderes Beispiel ist die operative Stabilisierung der Wirbelsäule, bei der Assistenzsysteme chirurgische Schrauben exakt positionieren, ohne das Rückenmark zu gefährden.

Hightech im Alltag

Rechnergestützte Assistenzsysteme mit roboterähnlichen Funktionen helfen auch Menschen mit körperlichen Einschränkungen im täglichen Leben. Aktive Prothesen können Gliedmaßen ersetzen. Dabei nehmen sie Neuroimpulse mittels Sensoren auf und setzen sie mit leistungsstarken Kleinmotoren in gezielte Bewegungen um.
Mit aktiven Exoskeletten lässt sich fehlende Kraft oder Bewegung kompensieren oder aufrechtes Gehen ermöglichen. Dies kann bei verminderter Bewegungsfähigkeit, wie sie unter anderem durch ein Trauma, durch einen Schlaganfall oder durch degenerative Krankheiten entstehen kann, eine große Unterstützung sein.

Die Medizintechnik der Zukunft

Die Zukunftsperspektiven bei der Entwicklung medizinischer Assistenzsysteme sind vielfältig. Einerseits werden sich Funktionsumfang und Leistungsfähigkeit der Systeme weiter vergrößern. Andererseits entstehen neue Anwendungen. Beispielsweise könnten künftig Endoskopiekapseln mithilfe von Magnetfeldern im Körper bewegt werden und dabei sowohl Bilder aufnehmen als auch Biopsien durchführen.
Der Flyer beschreibt alle hier erwähnten Einsatzgebiete ausführlich anhand anschaulicher Fallbeispiele und geht insbesondere auf die verwendeten mikroelektronischen Systeme ein.

Der Flyer wird auf der Homepage der GMM unter »Publikationen« als kostenloser Download zur Verfügung gestellt: www.vde.com/de/gmm/publikationen (ih)


Verwandte Artikel

VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V., GMM - VDE/VDI-Gesellschaft Mikroelektronik