Roboter unter dem Kernspintomographen
Ein neuer Motor, der sich vom starken Magnetfeld bildgebender Verfahren nicht stören lässt, könnte den Einsatz von Diagnose- und Therapierobotern direkt im Tomographen ermöglichen.
- Brittany Sauser
Wenn Ärzte Tumorbiopsien an Organen wie der Prostata vornehmen wollen, lassen sie sich normalerweise von Ultraschallgeräten leiten. Doch dieses bildgebende Verfahren kann beispielsweise nur die Außenform des Organs erfassen. Deshalb entnehmen die Ärzte nicht selten zufällig eine Probe. Dabei kann es passieren, dass der eigentliche Tumor gar nicht Teil der Probe wird. Ein Eingriff, der mittels Kernspintomografie geleitet würde, wäre aufgrund der höheren Auflösung daher deutlich genauer. Die verwendeten Biopsienadeln eines ferngesteuerten Roboters könnten direkt auf den Tumor fixiert werden.
Das Problem: Bislang kann man solche Roboter nicht in den schmalen Tunnel des Kernspintomografen einführen, ohne dass das Bild darunter leidet. Motoren aus Metall sorgen für Störungen innerhalb des starken Magnetfelds - oder gehen selbst kaputt.
Ingenieure an der Johns Hopkins University haben deshalb nun einen neuen Motor entwickelt, der sich auch während einer Kernspintomografie verwenden lässt. "Das wirklich neue an dem System ist die Kompatibilität zu Umgebungen mit starken Magnetfeldern, wie sie hier vorkommen", erklärt David Trumper, Professor für Ingenieurwissenschaften am MIT.
Der Roboter der Johns-Hopkins-Forscher wurde mit konventioneller Technik ausgebaut und führt eine Biopsienadel zur Prostata. Dabei wird er vom Kernspinbild geleitet. Die Präzision liegt bei rund einem Millimeter - genau genug, um viele Tumore korrekt zu erfassen. Der dabei verwendete Motor wurde gänzlich neu für diese Anwendung entwickelt. Er besitze pneumatische Aktoren, die den Roboter stabil und langsam entlang des Körpers führen, erklärt Dan Stoianovici, Juniorprofessor für Urologie und Maschinenbau an der Johns Hopkins University, der das Urologieroboter-Programm leitet.
Dazu entwickelten die Ingenieure einen neuartigen pneumatischen Schrittmotor. Er basiert auf der Idee, dass eine durchgehende Bewegung eines Kolbens in einem Zylinder immer gleich erfolgt und sich leicht hervorrufen lässt, in dem der Zylinder unter Druck gesetzt wird. Ein pneumatischer Schrittmotor ist nicht unbedingt ein neues Konzept - doch ältere Versionen setzten meist auf hydraulische oder thermische Kräfte: Die mechanische Effizienz litt.
Die Johns-Hopkins-Ingenieure nutzen nun drei Zylinder, die über eine Reihe von Gängen verbunden sind. Die Rotationsbewegung entsteht, in dem die Zylinder gleichzeitig mittels Luftströmung unter Druck gesetzt werden. "MrBot", wie sich der Kernspintomografie-kompatible Roboter nennt, wird dabei von insgesamt sechs Schrittmotoren angetrieben, um Chirurgen Fernzugriff auf den Patienten zu geben. Der Roboter ist mit dem Bildgeber vernetzt. Das Bild kann dann an die Kontrolleinheit weitergegeben werden, die den Roboter steuert - und die Luft ansaugt oder herauspresst.
"Der Motor bringt wenig Leistung und ist langsam, aber fĂĽr diese Anwendung ist er sehr gut geeignet", meint MIT-Mann Trumper. "Ich halte das fĂĽr ein gelungenes Design."
Ron Rodriguez, Juniorprofessor für Urologie, medizinische Onkologie und zelluläre sowie molekulare Medizin an den Johns Hopkins Medical Institutions, stimmt dem zu: "Ich halte den Roboter für eine bemerkenswerte Leistung." Der Krebsbekämpfung bringe diese Entwicklung schnellere und genauere Therapiemethoden - etwa auch bei der Bestrahlung.
Der nächste Schritt der Forscher: Der Roboter soll in klinischen Studien zum Einsatz kommen. Sind diese erfolgreich, sollen weitere Kernspintomografie-kompatible Roboter entwickelt werden - natürlich auch für andere medizinische Eingriffe. (bsc)
