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Mittwoch, 09 September 2020 07:00

Soft-Robotik in der minimalinvasiven Chirurgie (Teil 2)

von Mark Runciman
Geschätzte Lesezeit: 2 - 4 Minuten

Soft-Robotik Geräte haben viele wünschenswerte Eigenschaften für Anwendungen in der minimalinvasiven Chirurgie (MIC), jedoch bleiben viele interdisziplinäre Herausforderungen ungelöst. Um den gegenwärtigen Stand der Technologien zu verstehen, wurde eine Stichwortsuche mit Hilfe der Datenbanken Web of Science und Scopus durchgeführt. Aus der resultierenden Liste von Artikeln wurde anhand von Ein- und Ausschlusskriterien eine Artikelauswahl getroffen, anhand derer verschiedene Merkmale der Soft-Roboter-Geräte für die MIC verglichen wurden. Es gab eine geringe Vielfalt bei den Geräteausführungen und einen hohen Grad an Details bei den technischen Möglichkeiten. Wir schlagen eine standardisierte Vergleichsmethodik zur Charakterisierung der Soft-Robotik für verschiedene MIC-Anwendungen vor, die den Konstrukteuren bei der Herstellung der nächsten Generation von Geräten helfen soll.

Literaturrecherche

Abb. 1: Anzahl der Ergebnisse und kumulierte Ergebnisse pro JahrAbb. 1: Anzahl der Ergebnisse und kumulierte Ergebnisse pro JahrIm Web of Science und Scopus wurde eine Stichwortsuche nach Artikeln durchgeführt, die Soft-Roboter-Geräte beschreiben, die für den Einsatz in der Chirurgie oder bei MIC-Verfahren entwickelt wurden. Die in den ausgewählten Datenbanken verwendeten Stichwortsuchen mit den entsprechenden Booleschen Operatoren und der entsprechenden Syntax sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Die Referenzlisten dieser Artikel und anderer ähnlicher Artikel wurden auch als Quelle für einen kleinen Teil der zusätzlichen Suchergebnisse verwendet. Anschließend wurden die unten beschriebenen Ein- und Ausschlusskriterien angewandt und doppelte Artikel entfernt. Daraus ergaben sich 35 Originalartikel, die jeweils ein Soft-Roboter-Gerät für den Einsatz in minimal-invasiven Anwendungen beschreiben.

Einschlusskriterien:

  • Der Artikel beschrieb die Konstruktion und/oder Herstellung einer Robotervorrichtung
  • Das beschriebene Gerät wurde aus weichen Materialien hergestellt und beruhte auf Prinzipien der Soft-Robotik
  • Die Hauptanwendung für das Gerät war Chirurgie, MIC, Endoskopie, Laparoskopie, Bronchoskopie, Koloskopie oder Katheterisierung
  • Der Artikel wurde in englischer Sprache verfasst
  • Der Artikel war zum Zeitpunkt der Recherche für den Autor zugänglich.

Ausschlusskriterien:

  • Das beschriebene Gerät wurde nicht für den Einsatz in MIC-Verfahren konzipiert
  • Die Vorrichtung war nicht nachgiebig, oder sie enthielt zu viele starre Teile, die sich leicht zusammendrücken ließen.

Seit etwa 2013 hat das Interesse jedes Jahr zugenommen, was an der Anzahl und der kumulativen Summe der in Abbildung 1 dargestellten Such-Ergebnisse zu erkennen ist. Dies wurde möglicherweise durch das STIFF-FLOP-Projekt [18] zum chirurgischen Manipulator beeinflusst, das 2012 begann.

Tab. 1: Stichwort-Suchbegriffe und Ergebnisse

Datenbank

Suchbegriffe

Anzahl der Ergebnisse

Datum

Web of Science

TS = (soft robot) AND TS = (MIS OR minimal invasiv OR (endoscop)

93

10.12.18

Scopus

TITLE-ABS-KEY (soft robot) AND (TITLE-ABS-KEY (mis OR minimal invasiv) OR TITLE-ABS-KEY (endoscop)

88

10.12.18

Vergleichsgrundlage

Von den Soft-Roboter-Ge-räten in den schlussendlich verbliebenen Artikeln wurden die Hauptmerkmale festgestellt. Diese Merkmale sind in Tabelle 2 zusammengefasst. Dies geschah, um verschiedene Geräte leichter vergleichen zu können und Unterschiede in den verschiedenen Kategorien hervorzuheben. Im nächsten Abschnitt wird das Ergebnis des Gerätevergleichsprozesses gezeigt.

Tab. 2: Vergleichsmerkmale

Merkmal

Beschreibung

Anwendung

Die Anwendung, für die das Gerät entwickelt wurde. Dies schließt sowohl MIC) ein, die einen Einschnitt erfordern, als auch die Endoskopie durch Körperöffnungen, als auch Anwendungen, für die Geräte verwendet werden, die zum Greifen entwickelt wurden.

Funktionsprinzip

Grundlegende Struktur des entwickelten Roboters. Beispiele hierfür sind: Kontinuum, seriell und peristaltisch.

Abmessungen

Charakteristische Abmessungen des Geräts.

Werkstoffe

Bei den verwendeten Materialien liegt der Fokus auf weichen Materialien.

Herstellungsmethoden

Hauptherstellungsmethode, unabhängig davon, ob sie einen oder mehrere Prozesse, manuelle oder automatische Montage erfordert.

Antriebsmethoden

Alle Antriebs- und Versteifungsmethoden, die dem Gerät zur Verfügung stehen.

Fortbewegung

Positionierungsverfahren des Roboters, unabhängig davon, ob er sich manuell, robotergeführt oder selbsttätig fortbewegt.

Sensoren

Alle propriozeptiven oder diagnostischen Sensoren im Gerät.

Ausübung von Kraft

Ergebnisse der an jedem Gerät durchgeführten Tests. Variiert je nach Robotertyp.

Biegung, Verdrehung, Dehnung, Ausdehnung

Bewegungsgrad jedes jeweiligen Freiheitsgrades. Variiert je nach Art des Roboters.

Variable Steifigkeitsmechanismen

Beschreiben der Fähigkeit, die Steifigkeit zu kontrollieren. Variiert je nach Robotertyp.

Instrumentierung/Instrumentierungskanäle

Beschreibung der eingebetteten Instrumentierung oder Anzahl der für Instrumente verfügbaren Kanäle.

-wird fortgesetzt-

Weitere Informationen

  • Ausgabe: 8
  • Jahr: 2020
  • Autoren: Mark Runciman, Ara Darzi, George P. Mylonas

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