Robotik reduziert die Komplexität im OP

Das mobile intraoperative 2D-/3D-Bildgebungssystem Loop-X vereint innovative Technologie mit ausgeklügelter Software

Mit Loop-X zieht die Robotik in die intraoperative 2D- und 3D-Bildgebung ein: Dank seiner besonderen, auf den ersten Blick erkennbaren Konstruktion sowie der intelligenten Automatisierung reduziert er den Aufwand des OP-Teams beim Positionieren, Verifizieren und Scannen von Patienten. Dafür sorgt unter anderem die radiale Anordnung von Strahlenquelle und extragroßem Detektor, die unabhängig voneinander bewegbar sind. Dank dieser konzeptionell wie technologisch innovativen Konstruktion eröffnet das Gerät dem Chirurgen ein dreidimensionales Sichtfeld, das mit nur einem Scan einen umfangreichen anatomischen Bereich abdeckt. Ein weiteres besonderes Merkmal von Loop-X ist die eingebaute Robotik. Loop-X kann dadurch unter anderem selbständig vom Sterilfeld zu einer definierten Parkposition und umgekehrt fahren. Mit seinem kompakten Design lässt sich Loop-X zudem mühelos motorisch manövrieren und damit problemlos in unterschiedlichen OP-Sälen einsetzen. Die drahtlose, intuitive Fernbedienung in Form eines Tablet-PCs trägt ebenfalls zu einem komfortablen Systemhandling bei.

Die technologische Basis der intelligenten Bildgebung von Loop-X bildet neben Röntgenquelle und Detektor, die unabhängig voneinander bewegbar sind, ein kontinuierlich formbarer Röntgenstrahl. Spezielle Algorithmen ermöglichen, dass das Bildgebungssystem Größe und Richtung des Röntgenstrahls ständig verändern kann. Dank dieser adaptiven Kollimation wird die notwendige Dosis auf die relevante Zielregion im OP-Feld konzentriert. Dieses neu entwickelte aufwändige Verfahren bringt Chirurgen bei komplexen Operationen – beispielsweise an der Wirbelsäule – erhebliche Vorteile in der täglichen Routine. Im Vergleich zu anderen marktüblichen Systemen erreicht Loop-X mit seinem 3D Bildvolumen eine Zylinder-Größe von bis zu 25×48 cm. Der Strahlungskegel kann zudem auf die zu untersuchenden Strukturen kontinuierlich ausgerichtet und in seiner Dimension reduziert werden. Auf diese Weise kann das umliegende Gewebe geschont und durch die reduzierte Streustrahlung gleichzeitig die Bildqualität verbessert werden. Bei einigen medizinischen Anforderungen wie etwa im Bereich der Schulter führt die verringerte Streustrahlung zusätzlich zu einem verbesserten Bildkontrast.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der bei Loop-X erstmals eingesetzten Technologie: Das Loop-X Bildgebungssystem kann auch 3D Aufnahmen flexibel innerhalb des Ringzentrums durchführen. Für das OP-Team bedeutet dies, den Patienten nicht im Zentrum der mit einem Durchmesser von 121 Zentimeter sehr großen Gantry positionieren zu müssen, sondern ihn je nach Anforderung lagern zu können.

Die präzise Bildgebung des Loop-X bildet die Basis für zahlreiche Funktionen, die den Chirurgen und sein OP-Team unterstützen und effiziente Arbeitsabläufe sicherstellen. Hierzu gehört ein System aus vier beweglichen Laserquellen, das den Eintrittspunkt des Röntgenstrahls darstellen kann. Loop-X definiert die Zielregion komplett ohne Röntgenstrahlung indem vier Laserlinien das vom Chirurgen für die Bildgebung gewünschte Areal einfach auf die Hautoberfläche des Patienten projizieren.

Intelligente Integration mit Navigationsplattform unterstützt Effizienz

Die robotische Steuerung und die weitgehende Automatisierung des Systems unterstützen den Operateur beim Erstellen, Verarbeiten und Nutzen der intraoperativen 2D- und 3D-Bilddaten. Das Gerät arbeitet so Hand in Hand mit dem OP-Team. Auf diese Weise reduziert sich auch bei aufwändigen Eingriffen die Komplexität der Abläufe im OP-Saal. Durch eine smarte Integration mit dem Brainlab-Navigationssystem kann Loop-X in die vom Operateur gewünschte Position bewegt werden. Mit einem Klick wird die Trajektorie hierfür vorgegeben und gespeichert. Danach betätigt der Operateur einen Fußschalter, worauf Loop-X vollautomatisch fährt und alle Achsen so bewegt, dass er exakt die gewünschte Position für die gewählte Bildrichtung einnimmt.

Eine weitere Quelle für zusätzlich im OP anzufertigende Röntgenbilder ist die Wahl des Inzisionspunkts. Um den Hautschnitt optimal zu platzieren, werden während einer Wirbelsäulenoperation üblicherweise mehrere Röntgenaufnahmen gemacht. Der integrierte Laser kann dazu beitragen, diese Anzahl zu reduzieren. Dazu bewegt der Chirurg den Cursor auf einer gerade gefertigten Aufnahme (beispielsweise des Dornfortsatzes) und der Laser projiziert die entsprechende Position auf die Hautoberfläche.

Kontinuierliche Koordinatenspeicherung

Die automatisierte Robotik schließt das komplette Bewegungsspektrum von Loop-X ein. Voraussetzung ist die kontinuierliche Speicherung aller Koordinaten der Bildgebungskomponenten während der OP, die jeweils in Kombination mit der jeweiligen Röntgenaufnahme erfolgt. Dabei werden unter anderem die Position des Systems im OP, der Röntgenquelle und des Detektors sowie die Neigung der Gantry erfasst. Diese Koordinaten lassen sich immer wieder neu laden, um den Bildgebungsroboter automatisch zu repositionieren. Damit trägt Loop-X wesentlich dazu bei, wertvolle OP-Zeit zu sparen: Mit dem extragroßen Detektor und der unabhängig davon bewegbaren Röntgenquelle erreicht das Gerät ein entsprechend großes dreidimensionales Sichtfeld, so dass mit nur einem Scan großflächige anatomische Einblicke möglich sind.

Das Gerät bewegt sich auch außerhalb des OP-Geschehens autonom und begibt sich in die vorab gespeicherte Bildgebungsposition. Nach seiner Nutzung fährt Loop-X vollautomatisch in seine Parkposition außerhalb des sterilen Bereichs zurück. Damit sichert der Bildgebungsroboter dem Team die volle Bewegungsfreiheit am OP-Tisch, solange er nicht benötigt wird.

Red Dot Award für platzsparende, reduzierte Gestaltung und intelligente Funktionalität

Gemeinsam mit dem österreichischen Unternehmen medPhoton hat Brainlab im Sommer 2020 den begehrten Designpreis Red Dot Award „Product Design 2020“ für den in enger Zusammenarbeit entwickelten Loop-X erhalten. „Der „Mobile Imaging Robot„ besticht mit seiner platzsparenden, reduzierten Gestaltung und einer intelligenten Funktionalität“, heißt es dazu in der Begründung der Jury zur Preisvergabe. Die 40-köpfige, international besetzte Jury kommentierte und bewertete jeden der über 6.500 Beiträge und vergab das Qualitätssiegel für Design an die besten Produkte in der jeweiligen Kategorie. Bereits dreimal hat Brainlab zuvor den Red Dot Award verliehen bekommen. Zuvor gewann 2012 das Navigationssystem Curve® den Award für sein nutzerorientiertes Design-Konzept, im Jahr 2014 wurde Airo® für sein einzigartiges Design für Bildgebungssysteme ausgezeichnet und 2015 erhielt Brainlab den Red Dot Award für das geradlinige Design und die Mobilität von Kick® und Kick EM®.

Autor: Dominik Schäfer

Dieser Artikel erschien in der Ausgabe 1/21 der MED engineering