Um die Genauigkeit der Operation zu verbessern und die Folgen für den Patienten zu verringern, haben Forscher der EPFL und der Universität Straßburg eine Nadel entwickelt, deren Flugbahn verändert werden kann. Die Nadel ist für bildgesteuerte Eingriffe bestimmt und die Steifigkeit der Spitze wird vom Chirurgen mit den Fingerspitzen kontrolliert.
Immer mehr Operationen werden heute minimalinvasiv durchgeführt, mit Schnitten von wenigen Zentimetern und mit langen, dünnen Instrumenten. Unter Anleitung verschiedener bildgebender Verfahren führen die Chirurgen starre perkutane Nadeln zum Ziel vor. Trotz aller Vorsichtsmaßnahmen kommt es häufig vor, dass die Nadel wieder herausgezogen werden muss, um sie mit einer leicht veränderten Trajektorie neu zu positionieren. Manchmal ist es sogar äußerst schwierig, die genaue Stelle zu erreichen, wenn sie sich hinter einem biologischen Hindernis befindet. Dieses Herumprobieren verlängert die Operationszeit und erhöht das Trauma- und Infektionsrisiko für den Patienten. Die von Charles Baur, Forscher am Instant-Lab der EPFL, und Lennart Rubbert1, Forscher an der Universität Straßburg, entwickelte Nadel mit kontrollierbarer Steifigkeit (ARC) ermöglicht eine Änderung der Flugbahn, um den zu behandelnden Bereich schneller zu erreichen. Mit einem Druck auf den Knopf am Griff kann der Chirurg seine Flugbahn korrigieren oder auch mehrere Ziele in der Nähe treffen, ohne die Nadel herauszuziehen.
Ein vollständig mechanisches System
"In Krankenhäusern werden Nadeln heute als umso genauer angesehen, je steifer sie sind", betont Charles Baur. Diese für die Genauigkeit der Flugbahn unerlässliche Steifheit findet sich in der Nadel wieder, die der Forscher und sein Kollege in Straßburg dank der Finanzierung durch die Straßburger Technologietransferstelle (SATT Connectus) entwickelt haben. Die Spitze kann sich dann unter dem Fingerdruck des Bedieners willkürlich biegen. Das System ist vollständig mechanisch. "Es sind eigentlich zwei Röhren ineinander", erklärt der Entwickler. Wenn man den Knopf schiebt, gibt die Translation des inneren Rohrs ein, zwei oder drei winzige Segmente frei, die sich in die Richtung bewegen, die von der Hand des Chirurgen vorgegeben und von der Abschrägung der Nadel weitergegeben wird." Bisher ist nur die Spitze über einige Zentimeter flexibel, aber das gleiche System könnte angepasst werden, um einen viel größeren Abschnitt flexibel zu machen. "Es wäre sogar denkbar, einige nicht zusammenhängende Segmente des Instruments auszurichten, während die anderen starr bleiben. Das würde unendlich viele mögliche Flugbahnen ergeben.
Es können zusätzliche Funktionen hinzugefügt werden, um spezielle chirurgische Eingriffe wie Elektrostimulation, On-Demand-Medikation oder Biopsien durchzuführen, um nur einige zu nennen.
Die Vorteile von Glas
Die beiden Forscher beauftragten das auf 3D-Glasdruck spezialisierte Unternehmen FEMTOprint mit der Herstellung der Spitze, während Juan Verde2, Chirurg am IHU in Straßburg, ebenfalls an dem Projekt beteiligt ist. Die Präzision der Technologieplattform des Unternehmens ermöglicht eine individuelle Anpassung der Nadel mit einem Durchmesser von 0,9 bis 4,5 mm, was eine breite Palette an chirurgischen Gesten ermöglicht. Während zwei Herstellungsarten, Edelstahl und Glas, getestet wurden, war die Edelstahlversion die fortschrittlichste, denn "die Glastechnologie ist noch im Entstehen begriffen und bedarf noch der Entwicklung, dennoch sind diese Nadeln für Operationen im Weichgewebe bestimmt, es gibt also keinen Schlag. Die verwendete Glasart und unsere Beständigkeitstests in Silikon haben ihre Vorteile bewiesen: MRT-Kompatibilität, keine störenden Reflexionen, die die Schärfe des Operationsbereichs beeinträchtigen, schwer verformbar oder auch biokompatibel", stellt Charles Baur fest.
Die Nadeln sind fast fertig, um in die präklinische Testphase überzugehen, und es werden aktiv Partnerschaften mit der Industrie gesucht. "Es ist möglich, zusätzliche Funktionen hinzuzufügen, um bestimmte chirurgische Eingriffe wie Elektrostimulation, Verabreichung von Medikamenten auf Abruf oder Biopsien zu ermöglichen, um nur einige zu nennen", sagt Charles Baur. Die Wissenschaftler planen, in einem zweiten Schritt hochpräzise Systeme hinzuzufügen, um intelligentere medizinische Geräte zu schaffen.
1. Lennart Rubbert, Forscher bei ICube (Université de Strasbourg, INSA Strasbourg, CNRS, ENGEES (UMR7357))
2. Dr. Juan Verde, Verdauungs- und Leber-Pankreas-Biliar-Chirurgie, Forscher am IHU Straßburg
