Aktive Robotersysteme

Question 1

Was versteht man unter „aktiven Robotersystemen“ in der CUC?

Answer 1

Roboter führt die Bearbeitungsaufgabe zB. Vorschub anhand des Operationsplans durch. Der Chirurg ist nur durch supervisory control eingebunden.

Question 2

Skizzieren Sie das Interaktionsmodell eines aktiven Robotersystems im Vergleich zum Interaktionsmodell einer Freihand-Navigation. Wo findet der Soll-Ist-Wert-Vergleich (Plan-Ist-position) der dynamischen Bewegungskontrolle statt?

Answer 2

information input ->surgeon -> control input

Patient/Situs -> Sensor -> Planning Data -> Actor -> Patient/Situs …

Question 3

Nennen Sie zwei entscheidende Unterschiede der chirurgischen Roboteranwendung zur konventionellen industriellen Anwendung.

Answer 3

• Menschen sind im Arbeitsbereich des Roboters
• direkter Kontakt zwischen Roboter und Patient
• hohes Risiko
• Arbeitsbereich ist unstrukturiert
• besondere Anforderungen (Sterilisierbarkeit,…)
• Fehler haben fatale Folgen!!!

Question 4

Welche 3 grundsätzlich unterschiedlichen Kategorien von Sicherheitsmaßnahmen unterscheidet man? Worin besteht die besondere Problematik in der Chirurgie (Benutzer, Objekt, Aufgabe)?

Answer 4

inhärente Sicherheit durch Design
Schutzvorrichtungen
hinweisende Sicherheit

Question 5

Was versteht man unter inhärenter Sicherheit? Wie kann diese z.B. bei Chirurgierobotern erreicht werden?

Answer 5

Begrenzung des Arbeitsraums verhindert von vorneherein unerwünschte Bewegungen

Question 6

Nennen (und begründen) Sie Beispiele für Sicherheitsmaßnahmen bei chirurgischen Robotersystemen.

Answer 6

Begrenzung des Arbeitraums
Ultraschallsensoren für Craniotom zum Schutz der Hirnhaut
Kraftsensoren

Question 7

Erläutern Sie den Unterschied paralleler und serieller Roboterstrukturen und einige allg. charakteristische Eigenschaften.

Answer 7

Parallele Kinematik:
Besseres Last-Gewicht-Verhältnis
Kleinerer Arbeitsraum
Gemittelter Fehler über die Gelenke statt aufaddierter
Weniger Komplex
Große Kraft aber kleiner Bewegungsraum

Question 8

Nennen Sie (mindestens) ein Applikationsbeispiel von Robotersystemen in der Chirurgie? Warum ist der Robotereinsatz hier sinnvoll?

Answer 8

Fräsoperationen (z.B. beim Knie-Gelenkflächenersatz)
• Genauigkeit
• Knie gut positionierbar
• Schnelligkeit
• weniger Störanfälligkeit

Question 9

Warum sind Fräsprozesse z.B. manuell nur unzureichend kontrollierbar (Abhängigkeiten, Dimensionalität,…). Nennen Sie mögliche Konsequenzen einer unzureichenden Kontrolle

Answer 9

Viele Freiheitsgrade
Drehzahlregelung
Spanvolumen -> Ineffizienz oder Verkantung
Temperaturentwicklung -> Nekrose durch Verbrennen

Question 10

Nennen Sie Einflussparameter der Genauigkeit einer robotergestützten CT-basierten Craniektomie (Entfernung von individuell geplanten Teilen der Schädelkalotte).

Answer 10

Messungenauigkeiten CT-Bildgebung
Registrierungsfehler
Positionierungsfehler in der Kinematik
Sampling Rate Regelkreis
Toolkalibrierung
Kopflagerung/-bewegung

Question 11

Bei der Craniektomie ist die exakte Entfernung der individuell geplanten Knochengeometrie wichtig, wobei insbesondere die korrekte (CT-basierte) Erfassung und frästechnische Berücksichtigung der Knochendickekritisch ist. Welche Fehlerquellen können im Gegensatz dazu bei der frästechnischen Herstellung eines Implantatsitzes in der Hüftendoprothetik (für eine Standardimplantat) den formgenauen Passsitzder Prothese nicht beeinflussen?

Answer 11

Schädelplatte ist dünner und härter im gegensatz dazu ist das fräsen am knochen
toleranzunanfälliger.
Daher darf die abweichhung der toleranz am schädel nicht so groß sein
Bei Abweichung Fräsen ins gehirn!