I-RAMAN: Roboter räumt verstopfte Blutgefäße auf
Schlaganfall und Herzinfarkte lassen sich vermeiden, wenn verstopfte Blutgefäße frühzeitig freigeräumt werden. Ein Fall für den Roboter I-RAMAN.
(Bild: Gunhee Jang u. a.)
Ein Forschungsteam der südkoreanischen Hanyang University hat einen Mikroroboter entwickelt, der umfangreiche chirurgische Eingriffe zur Beseitigung von verstopften Arterien und Gefäßen obsolet machen könnten. Der Miniaturroboter wird durch ein äußeres Magnetfeld im menschlichen Körper gesteuert und kann etwa Ballons zum Freimachen von Blutgefäßen aufblasen oder Blutgerinnsel absaugen.
Gefäßverschlusskrankheiten wie Schlaganfall, Herzinfarkt und periphere Arterienerkrankungen in den Gliedmaßen gehören zu den häufigsten Todesursachen – getrieben von Alterung der Gesellschaft und Fettleibigkeit. Um Abhilfe zu schaffen, werden Arterien und Blutgefäße operativ freigeräumt. Die Belastung der Patienten dabei ist hoch. Das trifft auch auf die Chirurgen zu, die beim Führen der Instrumente auf bildgebende Verfahren wie Röntgen angewiesen sind und etwa einer höheren Strahlendosis ausgesetzt werden.
Die Operationszeiten sind lang, sagt Gunhee Jang, Professor an der Hanyang University und federführender Autor der Studie "Separable and Recombinable Magnetic Robot for Robotic Endovascular Intervention", die in IEEE Robotics and Automation Letters veröffentlicht ist. Denn es sei schwierig, "eine Läsion genau anzuvisieren, wenn das Blutgefäß eine komplexe Form hat oder völlig verstopft ist".
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Das Team hat deshalb den Mikroroboter I-RAMAN (robotically assisted magnetic navigation system for endovascular intervention) entwickelt. Der Roboter kann durch ein äußeres Magnetfeld im Körper bewegt werden, wenn er zuvor eingebracht worden ist. Das geschieht mit einem Katheter in der Nähe des Behandlungsbereiches. Über das externe Magnetfeld wird eine Drehbewegung ausgelöst, um den Roboter von dem Katheter zu lösen.
Autonome Navigation in Blutgefäßen
Über eine selbst entwickelte Software haben die Wissenschaftler zuvor aus 2D-Röntgenbildern der betroffenen Stelle eine 3D-Karte der Blutgefäße des Patienten erstellt. Anhand dieser Karte kann I-RAMAN autonom zum Behandlungsort navigieren und eine entsprechende Behandlung durchführen.
Neben dem Aufblasen von Ballons zur Weitung von Blutgefäßen, kann der Roboter Blutgerinnsel absaugen, Kontrastmittel und Medikamente örtlich verabreichen. Nach erfolgreicher Arbeit wird der Roboter angeregt vom Magnetfeld zum Katheter zurückgeführt und aus dem Körper entnommen.
Getestet haben die Wissenschaftler I-RAMAN zunächst an einem künstlichen Blutgefäß, das in einem Wassertank schwamm. Das funktionierte weitgehend problemlos. Danach führten sie Tests in Oberschenkelarterien von Schweinen durch. "Aber während des In-vivo-Experiments in einer oberflächlichen Oberschenkelarterie des Minischweins haben wir festgestellt, dass dies eine ganz andere und schwierige Welt ist", sagt Jang.
Insgesamt acht Tests führten die Wissenschaftler zusammen mit Kardiologen an Schweinen durch. Das letzte Experiment war erfolgreich, sodass der Nachweis vorliegt, dass die Technik praktisch funktioniert.
Ein wenig Arbeit liegt jedoch weiterhin vor den Forschenden: So ist zunächst geplant, das Magnetfeld zur Navigation zu verstärken. Den Roboter selbst wollen sie weiter miniaturisieren und ihn effizienter gestalten. Außerdem sollen klinische Versuche beim koreanischen Ministerium für Lebensmittel- und Arzneimittelsicherheit beantragt werden. Das Team um Jang ist von ihrer Arbeit so überzeugt, dass sie ein Unternehmen gegründet haben, um das I-RAMAN-System zu vermarkten.
(olb)