Mittwoch, 09 September 2020 07:00

Soft-Robotik in der minimalinvasiven Chirurgie (Teil 2)

von Mark Runciman

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Soft-Robotik in der minimalinvasiven Chirurgie (Teil 2)

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 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.