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Fragestellung: Die roboterassistierte Reposition von Femurschaftfrakturen ist in mehreren experimentellen Arbeiten von verschiedenen Arbeitsgruppen beschrieben.Per Definition handelt es sich bei diesen Master-Slave Anwendungen jedoch um einen Manipulator. Ziel dieser Studie war nun die Entwicklung einer automatisierten, vom Chirurgen autonomen Reposition durch einen Roboter.

Methodik: Zur Entwicklung des automatisierten Systems haben wir den komplexen Vorgang der Reposition von Schaftfrakturen in mehrere Punkte unterteilt, die es technisch zu lösen galt. Des Weiteren sollten zu jedem Zeitpunkt die Geschehnisse der Reposition transparent dargestellt werden, um eine mögliche Intervention zu ermöglichen. Der Chirurg beginnt die Reposition mit einer Analyse der Fraktur. Anhand der Fraktur erstellt er sein Idealbild der Reposition.Nach Lokalisation der Hauptfragmente werden diese entsprechend eines erdachten Repositionpfades manipuliert. Die Reposition wird vom Chirurgen durch taktile und visuelle (z.B. BV) Informationen überwacht, bis schließlich das Repositionsziel erreicht wurde. Das zu entwickelnde System muss die dargestellten Schritte lösen.

Ergebnisse: Zur Transparenz der Reposition wird eine 3D-Darstellung der beiden Hauptfragmente mittels eines 3D-Bildverstärkers implementiert. Die wirkenden Kräfte am System werden über eine 6-achsige Kraft-Momentendose erfasst und graphisch und numerisch dargestellt. Das Idealbild der Reposition wird durch einen zuvor entwickelten und validierten Matching-Algorithmus gewonnen. Dieser Nutz iterative Verfahren, um aus den Fragment das ursprüngliche Femur zu bilden. Die Lokalisation der beiden Hauptfragmente im Raum erfolgt durch ein optisches Navigationssystem. Der Matching-Algorithmus kann nun die Dislokationsparameter der der beiden Hauptfragmente gegeneinander berechnen. Diese Dislokationparameter definieren die Zielposition für den Repositionpfad. Die visuelle Information wird durch die Lokalisationsparameter des Navigationssystems simuliert, die taktile Information durch die Kraftmomentendose. Der Repositionsvorgang wird in mehrere Aktionsprimitive unterteilt:Manipulation im Koordinatensystem, Einhalten des kürzesten Repositionspfades, Minimierung der wirkenden Kräfte. Die Aktionsprimitive sind hierarchisch angeordnet. Die Aktualisierung der Parameter erfolgt im Millisekundenbereich. Hierdurch wird die das Handeln des Operateurs auf die sich ändernden Gegebenheiten während der Reposition simuliert.

Schlussfolgerung: Wir haben ein komplexes System zur automatisierten Frakturreposition entwerfen können. Dieses kann komplett autonom vom Chirurgen arbeiten. Eine Überwachung der Reposition und ein Eingreifen in den Repositionsvorgang sind jederzeit möglich.Die Genauigkeit des hier entwickelten Systems muss in den nächsten Schritten untersucht werden. Vorteile eines solchen Systems lägen in einer hohen Präzision kombiniert mit einem schonendem Repositionspfad. Dies ist unabhängig von der Erfahrung des Chirurgen.