Design and Evaluation of the Motor Assisted Robotic Stereotaxy System MARS

Diese Arbeit befasst sich mit der Entwicklung und klinischen Erprobung eines stereo-taktischen Roboters für neurochirurgische Eingriffe sowie eines neuen intrakraniellenLokalisationsverfahrens für neurochirurgische Instrumente. Anwendungsszenarien fürden Roboter sind Hirnbiopsien z.B. bei Tumoren oder die Tiefenhirnstimulationbeispielsweise bei der Behandlung von Morbus Parkinson.Basierend auf einer detaillierten Analyse vorhandener manueller und robotischerStereotaxiessysteme werden die Anforderungen an ein neues, hybrides Robotersys-tem erarbeitet, welches die Vorteile der beiden Herangehensweisen kombiniert undsowohl eine manuelle als auch automatische Positionierung ermöglicht. Kern der Ar-beit ist die hieraus entstandene Entwicklung und Realisierung des Motor AssistiertenRobotischen Stereotaxiesystems, kurz MARS.Die kinematische Kette des MARS besteht aus fünf Achsen, deren Anordnung sichan dem klinisch erprobten ZD-Stereotaxiesystem der inomed Medizintechnik GmbHorientiert. Die Aktorik, Sensorik und weitere Komponenten sowie der mechanischeund elektrische Aufbau des MARS werden detailliert beschrieben.In zahlreichen Experimenten wird zunächst die Eignung des MARS für den chirur-gischen Eingriff evaluiert, indem Absolut- und Wiederholgenauigkeit gemessen wer-den, die elektromagnetische Verträglichkeit des Systems mit anderen Geräten im Op-erationssaal validiert wird und die Anwendungsgenauigkeit im simulierten Eingriff er-mittelt wird. Nach erfolgreicher Testung erfolgt der klinische Einsatz des MARS mitkomplikationsloser Entnahme einer Hirntumorbiopsie.Der zweite Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der Lokalisation von Instrumenten imGehirn. Verschiedene Fehlerquellen wie z.B. Interaktion von Instrument und Hirnge-webe können intraoperativ zu einem Abweichen des Instruments von der geplantenTrajektorie führen mit möglicherweise fatalen Konsequenzen. Eine kontinuierliche Po-sitionsüberprüfung ist daher von großer Relevanz für neurochirurgische Eingriffe. EinLokalisationsverfahren für Sonden basierend auf statischen Magnetfeldern wird en-twickelt und evaluiert. Neben der hohen räumlichen Auflösung zeichnet sich das Ver-fahren dadurch aus, dass es keine zusätzlichen Komponenten im Gehirn des Patientenbenötigt.Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass MARS ein äußerst präzises, sicheresund mobiles Werkzeug für die stereotaktische Neurochirurgie darstellt. Die erfolgreicheklinische Evaluation des Roboters sowie dessen Kombination mit dem magnetischenLokalisationsverfahren verdeutlicht die Qualität des Systems.