Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Einsatz von Formgedächtnisaktoren in minimalinvasiven chirurgischen Instrumenten

Die zunehmende Anzahl minimalinvasiv durchgeführter Behandlungsstrategien steigern die Anforderungen an die Funktionalität der Instrumente stetig. Derzeit werden vorrangig mechanische Antriebskonzepte verwendet. Diese besitzen meist Limitierungen im Bewegungsvermögen und der Aktorkraft sowie besonders in der Kombination von beiden Parametern. Reibungseinflüsse verhindern zudem die für einen risikoarmen Einsatz notwendige, intuitive und feinfühlige Handhabung.

Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines multifunktionalen, minimalinvasiven Instruments mit verbesserter Handhabung. Großes Potential bieten Aktoren auf Basis von Formgedächtnislegierungen. Diese sind um bis zu 90 % leichter als herkömmliche funktionsgleiche Antriebe, besitzen ein sehr großes Arbeitsvermögen auf kleinem Bauraum und erzeugen keine elektromagnetischen Felder. Aufgrund der Sensoreigenschaften ist ein direktes Kraft-Feedback möglich. Die elektrische Ansteuerung der Aktorik erlaubt dabei einen modularen Ansatz. Die Einzelkomponenten Bedienteil, Zuleitung, Positionierung und Effektor können somit individuell an das jeweilige Einsatzszenario angepasst werden.

Im Projektvorhaben soll die Grundlage für einen industriellen Einsatz dieser Technologie geschaffen werden. Insbesondere neue Funktionalitäten wie die Kraftrückmeldung besitzen ein hohes Innovationspotential und können somit von KMU als Alleinstellungsmerkmal herausgearbeitet werden und einen wichtigen Wettbewerbsvorteil darstellen. Durch den modularen Ansatz können sich KMU auch auf die Entwicklung von Einzelkomponenten wie den Effektor oder neuen Teillösungen konzentrieren und sich in diesem Markt als Zulieferer oder als Lieferant von Medizintechnikkomponenten etablieren. Für die klinischen Anwender ist relevant, dass durch verschiedene Konfigurationen Instrumente für verschiedene Anwendungen in einem Instrument vereint werden können. Durch die Kosteneinsparungen profitieren gerade kleinere Kliniken.

Ergebniszusammenfassung:

Es wurde ein multifunktionales minimalinvasives chirurgisches Instrument entwickelt und in Form von Funktionsmustern umgesetzt. Dabei wurde ein innovatives, auf Formgedächtnismaterialien basierendes Aktorkonzept, welches eine erweiterte Funktionalität erlaubt, integriert. Durch die mechanische Entkopplung der Einzelkomponenten ist damit eine modulare Gestaltung, z. B. für den Austausch des Instrumentariums, möglich. Realisiert wurde neben der Effektorbewegung ein Abwinkelmechanismus, um auch schwer zugängliche Bereiche während der minimalinvasiven Operation zu erreichen. Das modulare Prinzip erlaubt weiterhin eine neue, ergonomische und auf die Anwendung angepasste Gestaltung des Handstücks. Gemeinsam mit dem greifkraftabhängigen Feedback ist eine intuitive Bedienung damit möglich. Neben dem Handinstrument sind die entwickelten Module auch für die Roboterchirurgie einsetzbar und können auch auf andere Bereiche außerhalb der Medizintechnik übertragen werden.