Prospektive experimentelle Probandenstudie zum Einfluss des haptischen Feedbacks auf die roboterassistierte Chirurgie

Abstract

Im Zuge der zunehmenden Verbreitung robotischer Operationssystem stellt sich immer mehr die Frage, ob eine haptische Wahrnehmung implementierbar ist und welchen Effekt diese auf das Operationsergebnis, insbesondere auf intraoperative Verletzungen durch „use of excessive force“, haben kann. Im Rahmen dieser Fragestellung wurde in Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Darmstadt das DFG-geförderte Projekt FLEXMIN ins Leben gerufen. Ein Operationsroboter mit Master-Slave Einheit, welcher durch ein sogenanntes Force-Feedback eine haptische Wahrnehmung simulieren soll. Ausgangspunkt dieser Dissertationschrift war die Untersuchung und Evaluation der Qualität des haptischen Feedbacks im FLEXMIN-Roboter. Des Weiteren sollte der Vergleich mit den gängigsten Operationsmethoden, wozu manuelle, konventionelle und laparoskopische Methoden gehören, erfolgen und die Frage beantwortet werden, in wie weit die haptische Wahrnehmung durch den Einsatz bestimmter Operationsinstrumente beeinflusst wird. Die Evaluation erfolgte im Rahmen einer prospektiven experimentellen Probandenstudie mit 25 Medizinstudierenden, welche Härteeinschätzungen und Gewichtsdiskrimination in fünf verschiedenen Modi durchführen mussten: manuell, mit einer konventionellen Pinzette, mit einer laparoskopischen Pinzette, mit dem FLEXMIN-Roboter ohne Force Feedback und mit Force Feedback. Abschließend zeigte sich, dass einzig die Härteeinschätzung und die Gewichtsdiskrimination mit der bloßen Hand signifikant besser als alle anderen Modi war. Signifikante Unterschiede zwischen dem FLEXMIN-Roboter mit und ohne Force Feedback, in der Durchführung einer Oberflächenhärten Einschätzung zeigten sich nicht. Für die korrekte Gewichtsdiskrimination von Zugkräften zeigte sich jedoch, dass ab einem Schwellenwert von Fp ≥ 30cN die Proband*innen zuverlässig zwischen zwei unterschiedlichen Gewichten unterscheiden konnten. Es wird geschlussfolgert, dass der Einsatz des FLEXMIN zu einer Reduktion intraoperativ angewandter Kräfte und damit zur Minimierung von Verletzungen beitragen kann. Unsere Arbeit zeigt zusätzlich, dass jedwede Nutzung eines Operationsinstrumentes einen Einfluss auf die haptische Wahrnehmung des Operateurs oder der Operateurin hat. Das haptische Feedback im Rahmen der Roboter-assistierten Chirurgie wird gemeinhin als ein sehr wichtiges zusätzliches Feature angesehen. Weiterentwicklungen unter Verwendung von Technologien auf dem Gebiet des Force Feedbacks zur Verbesserung der Operationssicherheit sind zum aktuellen Zeitpunkt von verschiedenen kommerziellen Herstellern untersucht und zur Marktreife gebracht worden.