Formerfassung eines flexiblen Instruments für die minimal invasive Chirurgie

Ein aktuelles Forschungsgebiet der robotergestützten minimal invasiven Chirurgie ist die Entwicklung flexibler Instrumente, um dem Chirurgen im Inneren des Patienten mehr Freiheitsgrade zu bieten und damit den Ausgang von Operationen zu verbessern. Gleichzeitig soll dem Chirurgen Arbeitslast abgenommen werden, indem z.B. Routineaufgaben wie Nähen oder Knotensetzen autonom durch das robotische System ausgeführt werden können. Für solche autonomen Aktionen ist unbedingt die Kenntnis der Position und Orientierung der Instrumentenspitze erforderlich.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Formerfassung eines seilgetriebenen flexiblen Instruments, welches seinen Einsatz in der minimal invasiven Chirurgie finden soll, mittels faseroptischen Sensoren, den sogenannten Faser Bragg Gratings (FBGs). Diese FBG-Sensoren werden dazu benützt, um einen Formsensor zu realisieren, welcher seine eigene Form und damit auch die Form des Instruments erkennt, in das er integriert ist. Insbesondere wird dadurch auch die Position und Orientierung der Instrumentenspitze detektiert. Gegenüber anderen Verfahren zur Instrumenten-Verfolgung wie z.B. elektromagnetischem Tracking, der Nutzung von bildgebenden Verfahren wie CT, MRT oder Ultraschall oder optischem Tracking bietet diese Methode einige Vorteile: elektromagnetische Verträglichkeit, eine vergleichsweise hohe mögliche Update-Rate der Messungen von mehreren kHz sowie Unabhängigkeit von guten Sichtverhältnissen im Inneren des Körpers.

Die Arbeit umfasst die ganzheitliche Betrachtung der prototypischen Herstellung des Formsensors angelehnt an die Produktentwicklung, also die Analyse der Anforderungen an den Formsensor, die theoretische Erarbeitung der notwendigen Algorithmen, deren Validierung durch eine Simulationsumgebung mit grafischer Nutzeroberfläche, die praktische Herstellung und Kalibrierung des Formsensors und dessen Evaluation.