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Special MedizintechnikGanz ruhig!

Operationsroboter arbeitet mit präzisen Mikromotoren
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Special Medizintechnik: Ganz ruhig!
Zu den wichtigsten Komponenten in den neuen Versionen des Operationssystems da Vinci S HD gehören hochwertige Motoren von Maxon, die selbst bei niedrigen Geschwindigkeiten vollkommen ruckfrei funktionieren.

Moderne, anspruchsvolle Operationen werden heute mit dem System da Vinci S HD von Intuitive Surgical aus USA durchgeführt, das minimalinvasive Eingriffe ermöglicht. Es nutzt fortschrittlichste Technologien der Bewegungssteuerung, sodass die Operationsinstrumente absolut ruhig und hochpräzise arbeiten – so wie die Hand eines geübten und erfahrenen Chirurgen, selbst bei langsamsten Bewegungen. Intuitive Surgical hat das Operationssystem weiterentwickelt und nutzt die modernsten auf dem Markt verfügbaren Komponenten und Bedienelemente. Herzstück eines jeden Systems sind 39 Motoren von Maxon.

Der Chirurg sitzt bequem am Steuer

Das Operationssystem selbst benötigt nur drei acht bis zwölf Millimeter kleine Schnitte im Körper des Patienten, durch die zwei Instrumentenarme und eine Kamera eingebracht werden. Nur der Roboter und die OP-Assistenten stehen über den Patient gebeugt, während der Chirurg, der das System bedient, an anderer Stelle im Operationssaal an der Steuerkonsole sitzt. Dorthin wird selbst das „Look and Feel“ einer offenen Operation präzise dupliziert. Das komplette System besteht aus drei Hauptkomponenten: der OP-Konsole, einem mobilen Instrumententräger neben dem OP-Tisch und der Bildverarbeitungseinheit. Kernstück ist die Steuerkonsole, von der aus der Chirurg jederzeit die volle Kontrolle über den Eingriff hat. Die größte Herausforderung ist die spiegelverkehrte Bewegungsrichtung, die der Operateur zu meistern hat – diese so genannten gegenintuitiven Bewegungsabläufe muss der Chirurg durch Erfahrung lernen.

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Mit dem OP-System kann der Chirurg die Operation bequem sitzend von der Steuerkonsole aus durchführen, während er das OP-Feld über eine hochauflösende 3D-HD-Visualisierung betrachtet. Als weltweit erster Operationsroboter mit dieser hochauflösenden Darstellung bietet das System eine doppelt so hohe Anzeigeauflösung wie frühere Modelle, außerdem eine klarere Darstellung und verbesserte Detailerkennung von Gewebeschichten und kritischen Strukturen. Das InSite-Optiksystem, das wiederum hochauflösende 3D-HD-Endoskop und das Bildverarbeitungsmodul liefern realitätsgetreue Bilder des OP-Gebiets. Mit Synchronisation, intensiven Illuminatoren und Kamera-Steuerungseinheiten werden die Bilder verstärkt, verfeinert und weiter optimiert.

Roboter übernimmt Bewegung des Chirurgen

An der Konsole führt der Chirurg Bewegungen mit Bedienelementen aus, die durchgeführte Bewegungen nachbilden. Mit den Fingern fasst er die unterhalb der Bildanzeige liegenden Bedienelemente, wobei sich die Handgelenke in einer für die Augen natürlichen Position befinden. Dann werden die Bewegungen des Chirurgen verzögerungsfrei in präzise Echtzeitbewegungen an die Instrumente im Körper des Patienten übersetzt. Die Instrumentenarme des Roboters werden also vom Chirurgen durch Bewegungen des Handgelenks, der Hand und der Finger gesteuert. Für das System ist ein breites Spektrum von Endowrist-Instrumenten verfügbar; das sind endoskopische Instrumente, dem menschlichen Handgelenk nachempfundenen, mit sieben Freiheitsgraden. Jedes dieser Instrumente ist für einen bestimmten OP-Schritt ausgelegt, etwa beispielsweise Klemmen, Schneiden, Nähen.

Herzstück im OP sind die laufruhigen Motoren

Für solche Operationen ist eine hochpräzise Bewegungssteuerung von größter Wichtigkeit. Herzstücke jedes Manipulators sind von Maxon entwickelte und hergestellte DC-Gleichstrommotoren, die Ein-und Ausgangssignale für das System da Vinci S HD liefern. Über eine Reihe von Feedback-Regelungen erhalten die Motoren und Encoder Eingangssignale vom Operateur. Diese werden durch die Elektronik in der Konsole in Echtzeit übersetzt und in Ausgangssignale für die Motoren in den Manipulatoren umgewandelt. Via Elektronik in der Konsole üben die Manipulatoren wiederum fühlbaren Widerstand in den Händen des Chirurgen aus. Die Motoren in der Konsole werden wegen ihrer Doppelfunktion als Master bezeichnet. Die slaveseitigen Antriebe in den Manipulatoren haben dieselbe Präzision, verfügen aber zusätzlich über eine Rückführungsmöglichkeit, während der assistierende Chirurg die Effektoren in Position bringt. Ebenso weisen die Motoren niedrige Hysterese an den Werkzeugspitzen der Instrumente auf.

Die Maxon-Motoren haben Seltene-Erden-Magnete und eisenlose Rotoren. Durch ihr Design haben sie kein magnetisches Rastmoment, was gegenüber konventionell konstruierten Motoren besonders bei niedrigen Betriebsgeschwindigkeiten von großem Vorteil ist. Darüber hinaus erreichen die Motoren eine hohe Leistungsdichte und große Laufruhe – beides elementare Voraussetzungen für Intuitive Surgical’s Aufgabenstellung. pb

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