EFORMIN

IGF-Projekt: 19307 BR  (2017 - 2019)

DIE HERAUSFORDERUNG

Die minimalinvasive Chirurgie (MIC) wird in der Urologie, der Gastroenterologie, der Neurochirurgie, der Thorakoskopie und in der laparoskopischen Chirurgie, wie zum Beispiel für die operative Entfernung der Gallenblase eingesetzt. Unergonomische Körperhaltungen und hohe Belastungspeaks bei der Bedienung der Instrumente verursachen körperliche Beschwerden bei den Chirurgen. Ein MIC-Instrument, welches eine intuitive Bedienung erlaubt, eine hohe Beweglichkeit und Flexibilität besitzt, war bisher nicht verfügbar.

DIE INNOVATIONSIDEE

Das Ziel des Vorhabens EFORMIN lag in der Entwicklung eines variabel-funktionalen MIC-Instrumentes, welches eine intuitive Bedienung ermöglicht und einen minimalen Arbeitskanal benötigt. Das Instrument sollte modular aufgebaut sein, bestehend aus Bedienteil, Zuleitung, Aktor und Effektor. Kernstück sollte ein auf Formgedächtnismaterialien basierendes Aktorkonzept sein.

Bisherige chirurgische Instrumente sind nicht modular aufgebaut und sind nicht so konzipiert, dass sie an Nutzer oder Anwendungsfälle anpassbar sind.

Formgedächtnismaterialien weisen auf kleinem Bauraum ein hohes Arbeitsvermögen auf und ihr Einsatz bietet dort Vorteile, wo Mikromotoren aufgrund ihrer Baugröße nicht einsetzbar sind.

Die Aktorik und der Effektor sollten funktional getrennt sein, wodurch ein modularer Austausch verschiedener Effektoren ermöglicht werden sollte. Neben der Bewegung und der Rotation um die Längsachse sollte ein Abknicken des Effektors möglich sein.

Die intuitive Bedienung des Instruments sollte im Wesentlichen durch eine verbesserte Ergonomie und ein Kraft-Feedback-System erreicht werden. Zur Verbesserung der Ergonomie sollten austauschbare Griffstücke entwickelt werden, die je nach physiologischen Anforderungen des Nutzers und des Einsatzszenarios ausgewählt werden können.

DIE ERGEBNISSE

Gemeinsam mit den klinischen Partnern des projektbegleitenden Ausschusses – Chirurgen aus den Fachrichtungen HNO-Chirurgie, Laparoskopie, Wirbelsäulenchirurgie, Herz/Thorax-Chirurgie, Arthroskopie und Neurochirurgie – sind die Anforderungen an das minimalinvasive chirurgische Instrument definiert worden: Als Ziele wurden ein Außendurchmesser des Instruments von 5-8 mm und die Auswechselbarkeit der Effektoren festgelegt. Das Gesamtkonzept umfasste folglich die technischen Parameter und den Design-Entwurf und führte zur Entwicklung von drei Demonstratoren:

1. Effektormodul mit Handstück – Das durch einen Aktordraht antagonistische System wird über einen Wippenmechanismus umgesetzt. Der eingestellte Öffnungswinkel des Effektors (Zange) wurde reproduzierbar erreicht. Die benötigte Zeit für ein komplettes Öffnen und Schließen der Zange erfolgt ausreichend schnell und erfüllt die Anforderungen. Die Greifkraft wurde von den klinischen Partnern als ausreichend bewertet. Ein greifkraftabhängiges Feedback wird durch einen eingebauten Vibrationsmotor realisiert.

2. Aktormodul mit Handstück – Dieser Handdemonstrator nutzt ein Zylindergelenk, wobei die Formrückstellung durch die Federkraft des Sensordrahts erfolgt. Die vorgegebene Abwinkelung von 90 ° ist umsetzbar. Die Bestromung wird in diesem Stadium noch rudimentär über eine einfache, nicht geregelte Stromquelle realisiert.

Eine Serienschaltung von Abbiege- und Effektormodul ließe sich durch Steckverbinder mit mehr Pins erzielen.

3. Tischdemonstrator – Dieser Demonstrator nutzt den Greifmechanismus konventioneller Instrumente, während die Formgedächtnislegierung (FGL)-Aktorik und Sensorik direkt an der Zug-Druck-Stange wirkt, die sonst durch manuelle Kräfte angetrieben wird.

KMU-NUTZEN

Aufgrund des hohen Innovationspotentials dieses MIC-Instruments, insbesondere durch die Integration neuer Funktionalitäten wie das haptische Feedback für die Greifkraft, können KMU-Anbieter ein Alleinstellungsmerkmal vorweisen und sich damit einen Wettbewerbsvorteil verschaffen.

Durch den modularen Ansatz der Demonstratoren und der rein elektronischen Kopplung können weiterhin Einzelkomponenten wie der Effektor entwickelt und am Markt etabliert werden.

Auch auf der Anwenderseite ist relevant, durch verschiedene Konfigurationen kostengünstig mehrere chirurgische Anwendungsfelder abzudecken. Davon profitieren gerade kleinere Kliniken, die als neue Kundengruppe bei der Vermarktung erreicht werden können. Durch den Vertrieb von MIC-Instrumenten oder Teillösungen können zudem Schulungen und Trainings für Chirurgen angeboten werden.

Laufzeit: 01.02.2017 - 30.11.2019