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6  Konzept der spulenintegrierten Mammabiopsie

Dieses Kapitel nimmt Bezug auf die Methode zur Durchführung der Intervention im MRT-Tunnel und die konzeptionellen Besonderheiten der Biopsieeinrichtung vor. Die Systemkonzeption orientierte sich an die grundlegenden Anforderungen nach Tab. 3. Der gewählte Ansatz ist neu und speziell für Eingriffe an beiden Mammae, sowie von beiden Zugangsseiten des MRT konzipiert. Die Biopsienadelnavigation innerhalb des für den Arzt unzugänglichen Interventionsraumes basiert dabei auf einem neuartigen Inklinationskonzept und Positioniersystem, das räumliche Nadelausrichtungen ermöglicht. Die Stabilisierung der Brust und der Punktionszugang erfolgt dabei über ein neues Kompressionssystem, das zur Minimierung des bioptischen Totraumes und zur Verbesserung der brustwandnahen Erreichbarkeit der Biopsienadel optimiert wurde. In diesem Zusammenhang stellt dieses Kapitel folgende Themenkomplexe vor:

Tab. 3 : Grundlegende Systemanforderungen.

Grundlegende Systemanforderungen

Bemerkung

Interventionsdurchführung im MRT-Isozentrum

Eine Vermeidung von Patientenverlagerungen zur Durchführung einer MR-gestützten Intervention bedingt die gemeinsame Unterbringung einer Patientin mit dem Biopsiesystem, speziell im geschlossenen MRT-Tunnel.

Biopsie von der Kopf- und Fußseite
(kranial - kaudal)

Durch Punktionen von kranial und kaudal lassen sich die Einstichstrecken verkürzen. Primäre Vorteile die dadurch entstehen, liegen in der Reduzierung von Nadeldeformationen (Erhöhung der Punktionsgenauigkeit) dünner Biopsienadeln und in der Vermeidung eines Mammadurchstiches bei hautnahen Punktionszielen.

Automatisch steuerbare Nadelnavigation und Instrumentierung

Aufgrund des geringen Raumangebotes im MRT-Tunnel besteht nur wenig Platz für manuelle Eingriffe des klinischen Personals am Patienten (insbesondere im Fußseitenbereich). Insofern wird die Integration eines automatisch steuerbaren Navigationssystems und Biopsieinstrumentes in den MR-Untersuchungsbereich notwendig.

MRT- Kompatibles System

Dies bedeutet zum einen, dass weder während der Installation noch im Betrieb unerwünschte Kraftreaktionen vom System ausgehen dürfen, so dass der Mensch und die Umgebung zu keinem Zeitpunkt einer Gefahr ausgesetzt sind und zum anderen, dass das System keine störenden Einflüsse auf den Scanprozess und die Bildqualität ausüben kann.

Aufnahme einer Mamma-Doppelspule

Für die bildgebende Untersuchung ist die Aufnahme einer hochauflösende MR-Oberflächenspule in das Biopsiesystem erforderlich. Die Spule soll die simultane Darstellung beider Mammae ermöglichen.

Intervention in der Patienten-Bauchlage

Bei einer Intervention in der Bauchlage lassen sich beide Mammae während einer Sitzung fixieren, diagnostisch untersuchen (doppelseitige Bildgebung) und bei entsprechender Indikationsstellung auch punktieren.

Stabilisierung (individuell) beider Mammae

Die Genauigkeit des interventionellen Eingriffes hängt in hohem Maße von der Stabilisierung der Mammae während der Untersuchung ab. Individuelle Fixierungen bieten den Vorteil einer gleichmäßigeren Anpressung unterschiedlicher Brustgrößen und eines Ausgleiches von Asymmetrien.

Geringer bioptischer Totraum, brustwandnahe Biopsie

Für die Punktion von kleineren Brusttumoren ist die Reduzierung des bioptischen Totraumes notwendig. Ferner stellt die Punktion von Läsionen im brustwandnahen Bereich ein wichtiges Kriterium dar.

Biopsie von Kleintumoren

Mit diesem System soll insbesondere die Punktion von Kleintumoren der Klasse T1a ermöglicht werden. Wichtigste Voraussetzungen dafür sind hohe Systemgenauigkeiten und Nadelgeschwindigkeiten.

Mehrfachpunktion

Die histologische Gewinnung mehrerer Biopsieproben bedingt ein mehrfaches Spülen der Biopsienadel und eine sichere Probenkonservierung.


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6.1  Raumkonzept und Interventionsanordnung am MRT

Basisgerät für die Entwicklung war ein 1,5-Tesla-MRT der Fa. Philips vom Typ Gyroscan ACS NT. Dieses Gerät ist ein geschlossener MR-Tomograph und hat einen elliptischen Untersuchungstunnel. Er besitzt vorteilhafterweise an den Stirnseiten eine weite Gantryöffnung zur besseren Patientenaufnahme. Der MRT-Transporttisch ist konkav ausgeformt, hat eine Breite von ca. 530 mm und läßt sich in den Untersuchungsbereich komplett einfahren. Die Abb. 33 stellt den MR-Tomographen vor und beschreibt die konzeptionelle Anwendung der neuen Biopsiemethode im MRT-Isozentrum.

Abb. 33 : links: Der verwendete 1,5 T-MR-Scanner vom Typ „Philips Gyroscan ACS NT“,rechts: Das Konzept der spulenintegrierten Mammabiopsie

Das Konzept der spulenintegrierten Mammabiopsie: Eine Patientin befindet sich gemeinsam mit der Biopsieeinrichtung im MRT-Isozentrum, die Intervention kann von den Stirnseiten des MRT-Gerätes (cranial oder caudal) erfolgen.

Um die Intervention im MRT-Isozentrum bei einer Patientin in der Bauchlage zu ermöglichen, basiert das Konzept auf einem transportablen Basisrahmen mit Patientenauflage, der die Patientin über die gesamte Körperlänge trägt und die Integration des Biopsiesystems von der Kopf- oder Fußseite ermöglicht. Die in der Abb. 33 rechts gezeigte Lagerungsmethode bietet dabei die Vorteile, dass:

  1. keine störenden Systemteile den oberen Patientenzugang versperren und sich dadurch auch keine Einschränkungen für das medizinische Personal ergeben,
  2. die Patientin keine zusätzlichen Nachteile durch Sichtversperrung verspürt und
  3. ein ungehinderter Interventionszugang in Richtung kranial-kaudal noch sichergestellt werden kann.

Voraussetzung zur Realisierung dieses Konzeptes ist eine niedrige Grundkörperhöhe und ein freies Interventionsfeld innerhalb des Rahmengestells.

6.2 Brustfixierung und Biopsienadel-Inklinationskonzept

Dieser Abschnitt beschäftigt sich mit der Methode der Brustfixierung und der Instrumentennavigation. Die Methode der Punktionsnadelführung- und Inklinationstechnik steht in einem direkten Zusammenhang zum Fixationskonzept und kann als Novum auf dem Gebiet der MR-gestützten Instrumentennavigation angesehen werden.

6.2.1 Methoden zur Stabilisierung der Brust

Eine grundlegende Voraussetzung für die präzise Punktion, insbesondere kleinerer Läsionen, ist die Lagestabilisierung der Brust während der bildgebenden Diagnostik und des interventionellen Eingriffes mit Hilfe eines geeigneten Fixierungssystems. Auf der Suche nach einem einfachen, eindeutigen und [Seite 35↓]sicheren Stabilisierungskonzept zur Integration in das Biopsiesystem wurden verschiedene Möglichkeiten untersucht. Die Abb. 34 stellt hierzu einige Konzepte mit ihren Vor- und Nachteilen vor. Gemäß Tab. 4 wurden diese Konzepte anschließend nach unterschiedlichen Aspekten bewertet.

Abb. 34 : Eigenschaften unterschiedlicher Brustfixierungsmöglichkeiten.

Tab. 4 : Bewertung der in Abb. 34 gezeigten Brustfixierungsmethoden.

 

Methoden nach Abb. 34

Beurteilungskriterien

U.

Ü.

R.

P.

S.

N.

Geringer methodischer Aufwand
(einfache und schnelle Handhabung)

o

o

+

+

+/o

o/-

Sichere Bruststabilisierung während der Bildgebung und Intervention

o

o

+/o

+

+

-

Geringe Quetschgefahr (Perfusionsstörungen)

+

o/-

o/-

o

+

+

Adaptionsfähigkeit an unterschiedliche Brustgrößen

+/o

+

+

+

o

+/o

Zugang zum Punktionsort (geringer Totraum)

+/o

o

+/o

o

+/o

+

Punktionsmöglichkeit brustwandnaher Läsionen

+

+

o

o

o

+

Brustzugang von verschiedenen Richtungen möglich

+

-

-

-

+

+

Durchführbarkeit von kleinen Inzisionen

+

+

+

-

o

+

Fremd- oder Hilfsenergie nicht unbedingt notwendig
(z.B. elektrisch, fluidisch, Wärme, Kälte)

-

-

+

+

+

+

Einfache und schnelle Lokalisation, Planung und Durchführung der Punktion

-

-

o/+

+

-

-

Fixierung ermöglicht stabile Nadelführung

-

-

o/-

+

o

-

Kein Eindringen von körperfremden Partikeln

o

+

+

+

+

o

Einfache konstruktive Realisierung

o

o

+

+

o/-

+

Gesamtpunktzahl + = 1Pkt. o = 0Pkt. - = -1Pkt.
+/o = +0,5 Pkt. o/- = - 0,5 Pkt.

2,5

- 0,5

5,5

6

4,5

4


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Unter Berücksichtigung der vorangestellten Bewertungstabelle wurde die Fixierungsmethode mittels Lochplatten gewählt. Derartige Systeme haben sich bei der konventionellen Biopsie desgleichen durchgesetzt, da sie eine sichere Stabilisierung der Brust während der gesamten Untersuchung ohne Überbeanspruchung der Mammae ermöglichen. Ferner lassen sich Plattenkompressionen einfach und schnell realisieren und sie ermöglichen reproduzierbare Bedingungen sowie präzise Nadelführungen ohne zusätzliche Hilfseinrichtungen. Zur Erfüllung der Anforderungen hinsichtlich der beiseitigen individuellen Brustfixierung und Punktion von cranial und caudal war es erforderlich, zwei verstellbare Kompressionsplattenpaare in transversaler Ausrichtung zu integrieren. Da Plattenfixierungen einen Interventionszugang zur Brust z.B. über Bohrungen oder anderweitige Aussparungen wie z.B. mit Stegen ermöglichen, musste eine weitere Auswahl getroffen werden. Platten mit Bohrungen bieten den Vorteil einer günstigeren Druckverteilung gegen die Mamma, so dass eine erhöhte lokale Brustkompression mit der Folge einer möglichen Gefäßabschnürung (Problem bei der dynamischen KM-Untersuchung) weitgehend vermieden werden kann und zum anderen begünstigt dieser Plattentyp die Abstützung und Führung der Biopsienadel. Als wesentlicher Nachteil steht dem gegenüber die Unterbrechung des Interventionszuganges durch die diskrete Verteilung der Löcher, wodurch ein nicht unerheblicher bioptischer Totraum entstehen kann. Insbesondere ist die Punktion von brustwandnahen Läsionen wegen der Rahmenbegrenzungen und geradlinigen Nadelführung nur durch Schrägstellung der Nadel mit Hilfe eines speziellen Plattentyps mit schräg verlaufenden Bohrungen möglich. Das nachfolgend beschriebene Lochplattenkonzept stellt hierzu einen neuen Ansatz vor, der auf einfache Weise eine flexible räumliche Nadelnavigation ohne Plattenwechsel erlaubt.

6.2.2 Prinzip der Nadelausrichtung am Mamma-Kompressionssystem

Die Grundidee bei der neu konzipierten Kompressionsplatte bestand darin, die im klinischen Einsatz verwendeten Punktionslochplatten mit paralleler Nadelführung durch ein Inklinationsprinzip derartig zu erweitern, dass ein größerer Arbeitsraum für die Biopsienadel durch räumliche Nadelrotation an der Punktionslochplatte entsteht. Dabei sollte gleichzeitig eine Abstützung der Nadel an der Punktionsplatte sichergestellt werden um größere Nadeldurchbiegungen während der Punktion zu vermeiden. Ein wesentlicher Hintergrund dieser Gedanken lag neben der Minimierung des nicht biopsierbaren Bereiches im Mammagewebe in der verbesserten Erreichbarkeit hautnaher Läsionen, sowie in der Auffindung eines einfachen und sicheren Steuerungskonzeptes für die Automatisierung der Nadelbewegungen. Die Abb. 35 macht diesen Zusammenhang beispielhaft an einem Lochplattenkonzept im Vergleich zu einer konventionell üblichen geradlinigen Nadeldurchdringung deutlich.

Abb. 35 : Vergrößerung des Wirkbereiches einer Punktionsnadel durch Inklination an der Kompressionsplatte.

Die prinzipielle Ausführung dieses räumlichen Inklinationskonzeptes zeigt die Abb. 36. Hierbei kann die Punktionsnadel auf einer kegelförmigen Bahnkurve um einen invarianten Kugel-Drehpunkt in der Punktionsplatte in seine Zielposition rotieren. Sphärische Ausformungen in der Platte an der brustabgewandten Seite stützen dabei das Instrument über eine Kugel ab. Die Nadelspitze selbst befindet sich dabei in der Rotationskugel, die über einen Halter mit dem medizinischem Instrument verbunden ist. Diese wird vor der Nadelinklination auf einer orthogonalen Achse zur Lochplatte in eine, der Läsion am besten gelegenen, sphärischen Aufnahme positioniert. Über das medizinische Instrument wird die [Seite 37↓]Hauptbewegung der Nadel entlang der drei Raumachsen eingeleitet, wobei über die x- und y- Koordinate der Inklinationswinkel und über die z- Koordinate (Längsachse des MRT-Scanners) der Ausgleich des Bahnversatzes während der Inklination bestimmt wird. Aufgrund der Halterverbindung zwischen dem medizinisches Instrument und der Kugel folgt die Punktionsnadel der Inklinationsbewegung um ihre Spitze ohne einwirkende Querkräfte an der Nadel und wird auf einem Sicherheitsabstand zur Punktionsseite gehalten. Bei der Punktion wird die Nadel durch die Kugel geführt, so dass eine permanente Abstützung in kurzer Entfernung zum Punktionsort vorliegt.

Abb. 36 : Konzept der räumlichen Nadelausrichtung um einen invarianten Punkt (Kugelzentrum) in der Kompressionsplatte.

Zusammenfassend formuliert ergeben sich durch diese Art der Nadelausrichtung die folgenden wesentlichen Vorteile:

6.2.3 Optimierung der Mamma-Punktionsplatten

Ausgehend vom neu entwickelten Biopsiekonzept befaßt dich dieser Abschnitt mit der Analyse von brustkrebs- und mammaspezifischen Parametern zur Abschätzung der Punktionsplattengröße und Entwurf des Kompressionssystems. Der Schwerpunkt lag dabei in der gestalterischen Optimierung der Punktionsplatten mit folgenden Zielen:

Die Punktionsplattenoptimierung wird durch folgende vier Schritte beschrieben.

1. Schritt: Festlegung des Punktionsbereiches

Teilt man die Brust nach Abb. 37 in 4 Quadranten auf, so formuliert sich generell für ein Punktionssystem die Forderung nach einer guten Tumorerreichbarkeit in den kranial gelegenen äußeren Quadranten, aber auch im Bereich der Mamille. Wie die Abbildung weiterhinzeigt, treten in den oberen Sektoren sowie in der Mamillengegend die häufigsten Brusttumore auf, wobei der obere äußere Quadrant, nahe dem axillären Lymphsystem, mit ca. 53% den höchsten Verteilungswert aufweist. Punktionseinrichtungen, die in lateraler-medialer Richtung fixieren, können diesen Quadranten von außen gut erreichen, insofern der brustwandnahe Bereich zugänglich ist und die Mammagröße die Plattengeomet[Seite 38↓]rie nicht überschreitet. Bei einer in Richtung cranial-caudal fixierten Brust ist der äußere Quadrant schwieriger zu erreichen, sofern die Punktion nicht von der lateralen Seite erfolgen kann. Insofern ist bei einer MR-Intervention im Isozentrum eines geschlossenen MR-Tomographen der laterale Interventionsbereich durch die Tunnelgrenzen limitiert. Eine bessere Erreichbarkeit äußerer und brustwandnaher Areale bei dieser Plattenanordnung läßt sich aber z.B. durch Vergrößerung des Punktionsfeldes im oberen Plattenbereich infolge größerer Nadelinklinationswinkel, durch brustwandnahe Anlegung der Kompressionsplatten und durch eine ergonomisch optimierte Plattengestaltung realisieren.

Abb. 37 : Häufigkeitsverteilung (gerundet) von Brusttumoren nach [71,96-100].

Anhand von Schnittbildauswertungen komprimierter Mammae, die mit einer unilateralen Biopsiespule und einer bilateralen Diagnostikspule von Philips untersucht wurden, konnten approximativ die erforderlichen Basisparameter des Fixationssystems (Punktionsbereich, Kompressionsbreite, Plattenabstand) abgeschätzt werden. Ausgewertet wurden hierzu die Hauptmaße der komprimierten Mamma mit Hilfe transversaler und sagittaler MRT-Schnittbilder von Patientinnen im Alter zwischen 29 und 69 Jahren und die Gesamtbreite zweier nicht-komprimierter Mammae unter Verwendung der Philips-Diagnostikspule. Die Ergebnisse können der folgenden Abbildung entnommen werden.

Abb. 38 : Untersuchung der Brust-Körpermaße

a) Maße komprimierter Mammae (40 Patientinnen mit Biopsie)
b) Gesamtbreite zwischen beiden Mammae (29 Patientinnen nur Diagnostik).


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2. Schritt: Festlegung der günstigsten Lochanordnung

Im Rahmen der Optimierung wurde als nächstes festgelegt, welche Anordnung der Punktionszugänge die günstigere ist. Hierfür kamen in erster Linie nach Abb. 39 zwei Anordnungstypen in Frage:

Abb. 39 : Anordnungsmöglichkeiten der Punktionszugangskanäle

a) Quadratische Löcheranordnung (Parallelversatz),
b) Dreieckige Löcheranordnung (Schrägversatz).

Einen Vorteil bietet die quadratische Lochkonfiguration aufgrund des relativ einfachen Zuordnungsschemas und ist deshalb bei den meisten Lochplattensystemen zu finden, bei denen der Punktionszugang manuell gesucht werden muss. Bei der schrägversetzten Anordnung lassen sich jedoch die Bohrungen unter der Voraussetzung gleicher Bohrungsdurchmesser und Stegabstände s näher zuammenrücken, so dass auch ein kleinerer bioptischer Totraum resultiert. Der Nachteil, der durch den kleineren Zwischenraum entsteht, liegt in der Reduzierung der effektiven Anpressfläche in Bezug auf die Gesamtfläche der Kompressionsplatte. Unter der Prämisse, den bioptischen Totraum zu minimieren, wurde die Dreieckstruktur gewählt, wobei die effektive Anpressfläche mind. 50% betragen sollte.

3. Schritt: Festlegung der Inklinationsparameter

Die Ausgestaltung der Lochplatte beeinflußt in hohem Maße den Inklinationswinkel und damit die Erreichbarkeit der zu punktierenden Läsionen, aber auch die effektive Anpressplattenfläche der Kompressionsplatten. Für die Bestimmung der günstigsten Punktionsplattenparameter wurde eine sukzessive numerische Berechnungsmethode herangezogen, da es sich hierbei um ein komplexes Zusammenspiel unterschiedlicher Einflußfaktoren handelte, wie im nachfolgenden Bild gezeigt.

Abb. 40 : Einflußfaktoren auf die gestalterische Optimierung der Punktionsplatte.

Die in der obigen Abildung genannten Lochplattenparameter sind in der Abb. 41 nochmal erklärt. Das Maß Y gibt hierbei den Mindestabstand zwischen der Lochplatte und dem Tumor an, bei dem dieser von einer Biopsienadel zentral durchstossen wird. Dessen Erreichbarkeit wird dabei entscheidend durch das Bohrungsverhältnis D/d, dem Drehpunktabstand (H-h) und dem Lochabstand a bestimmt. Ziel der Optimierung lag in der Minimierung dieses Abstandes durch die Realisierung möglichst großer Inklinationswinkel und kleiner Stegbreiten s.


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Abb. 41 : Optimierte Punktionsplattenparameter.

Der praktisch erreichbare Inklinationswinkel limitiert sich jedoch erheblich unter der Berücksichtigung folgender Faktoren:

Der zuletzt genannte Aspekt muß insbesondere für die Automatisierung des Navigationsprozesses berücksichtigt werden, um Nadelkollisionen mit der Lochwand zu vermeiden. Grund dafür ist die Tatsache, dass die zur Führung der Nadel vorgesehene Kugel zur Plattenrückwand versetzt angeordnet ist, siehe Abb 41, so dass bei einer Überschreitung des zulässigen Inklinationswinkels Biegungen der Punktionsnadel über die äußere Bohrungskante erfolgen könnten. Die Abb. 42 machtdiesen Sicherheitsabstand deutlich. Durch die sukzessive Ermittlung der günstigsten Lochplattenparameter konnte ein fast lückenloser Interventionsbereich im Kompressionsraum zwischen einem Punktionsplattenpaar realisiert werden. Der nicht vermeidbare Totraum beschränkt sich auf einen kleinen Bereich zwischen den Punktionslöchern, so dass im ungünstigsten Fall ein Kleintumor (< 5 mm) in Lochplattennähe (5-10 mm) zwar erreicht, jedoch nicht sicher punktiert werden könnte. Die Abb. 43 gibt hierzu beispielhaft die Punktionsgrenze von Kleintumoren der Größe 3-5 mm an.

Abb. 42 : Simulationsbild der Nadelinklinationskegel an der Kompressionsplatte und theoretische Grenze bei der Tumorabklärung.


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Abb. 43 : Inklinations- und Punktionsgrenzen im schrägversetzten Lochbereich anhand simulierter Läsionen der Größe 3 und 5mm.

4. Schritt: Kompressionsplattenmodell mit Punktionsverbesserung in den oberen Quadranten

Der letzte Gestaltungsschritt beschäftigte sich mit der Optimierung der Erreichbarkeit von Läsionen in den äußeren Bereichen der Punktionsplatte bzw. in Brustwandnähe. Wie die Abb. 44 zeigt, wurde die Punktionsplatte deshalb in zwei unterschiedliche Bereiche eingeteilt, einem Loch- und Stegbereich. Über den Stegbereich lassen sich die oberen brustwandnahen Gewebeareale erreichen, der Lochbereich deckt dabei die mittleren Regionen bis einschließlich die untere Mamillengegend ab. Auf Grund dieser Vorgehensweise konnten die Durchgangskanäle enger zusammengerückt und in der vertikalen Achse auch erweitert werden. Der große Vorteil der dadurch ensteht, liegt zum einen in der besseren Erreichbarkeit randnaher Punktionsziele durch die Justierung größerer Inklinationswinkel und zum anderen in der Reduzierung des in der Inklinationsachse liegenden Totraumes. Das Konzept einer Punktionsplatte mit Löchern und mit Stegen konnte demzufolge kombiniert werden. Ein vergleichbares Punktionsplattenmodell ist zur Zeit nicht bekannt.

Abb. 44 : 3D-Simulationsmodell der optimierten Mamma- Kompressions- und Punktionsplatten.

Basisdaten der Kompressions- und Punktionsplatte:

Die Entwicklung des gesamten Brustfixierungssystems wird im Kap. 8.2 beschrieben.


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6.3  Navigation des Biopsieinstrumentes

Für die automatische Navigation bzw. präzise Zielpunktsteuerung des medizinischen Instrumentes wurde ein neuartiges Positionierkonzept mit fünf Freiheitsgraden (3 aktive translatorische Achsen, 2 passive Drehgelenke) entwickelt. Vorteile dieses Konzeptes liegen zum einen in der guten Erreichbarkeit auch randnaher Punktionskanäle und zum anderen in der einfachen Art und Weise der räumlichen Nadelpositionierung an den Punktionsplatten. Ferner ist dieses Konzept für Positionierungen in räumlich stark begrenzten Arbeitsräumen1, insbesondere in der vertikalen Richtung, geeignet, so dass der zur Verfügung stehende Interventionsraum für die automatisierte Mammabiopsie zwischen der Patientin und dem MR-tomographischen System auch optimal genutzt werden konnte.

6.3.1 Kinematik des Positioniersystems

Bei einem Robotersystem wird im Allgemeinen zwischen dem „Hauptarbeitsraum“ (Hauptbewegung ohne Wirkbereich des Endeffektors2) und dem „Nebenarbeitsraum“ (Nebenbewegung oder Wirkbereich des Endeffektors) unterschieden. In Bezug auf das neu entwickelte Biopsiesystem definierten sich die Arbeitsräume aus der Haupt- und Nebenbewegung des Roboters bzw. des medizinischen Instrumentes wie folgt.

Abb. 45 : Systembezogene Haupt- und Nebenbewegungen zur Positionierung des Instrumentes.

6.3.2 Kinematik der Hauptbewegung

Auf der Suche nach der günstigsten Roboterkonfiguration zur Erzielung der Hauptbewegung wurde von den vier am häufigsten vorkommenden Grundkonfigurationen eines Roboters ausgegangen. Diese sind in der Abb. 46 dargestellt. Jede Konfiguration basiert dabei auf spezielle Arm- und Körpergelenke, welche die Bewegungen des Endeffektors zu einer gewünschten Position innerhalb der durch die Abmessungen des Roboters und der Gelenkbewegungen vorgegebenen Grenzen ermöglichen.

Abb. 46 : Roboter-Grundkonfigurationen

a) mit kartesischen Koordinaten, b) mit Zylinderkoordinaten, c) mit Polarkoordinaten, d) mit Gelenkarmen [31].

Ausgehend von diesen Grundtypen konnten drei relevante Bewegungskonzepte zur Steuerung des medizinischen Instrumentes in die Punktionslochendposition abgeleitet werden, siehe Abb. 47. Gezeigt wird hierbei der, durch die Art der verschiedenen Achs- und Gelenkbewegung resultierende Hauptarbeitsraum und die grundlegenden Navigationskinematiken zur Erreichung der Zielposition im Punkt P.


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Abb. 47 : Ausgesuchte Bewegungskonzepte mit Hauptarbeitsräumen für die automatische Positionirung des medizinischen Instrumentes in eine Endposition P der Punktionssplatte.

Beschreibung der Bewegungskonzepte

Typ A: Dieses Konzept basiert auf kartesische Koordinaten, wobei die 3 Freiheitsgrade durch Querbewegung (x), der Längsbewegung (z) und der vertikalen Bewegung (y) mit Hilfe linearer Stellglieder realisiert werden. In Bezug auf die parallel versetzte Anordnung der Punktionsplattenbohrungen stellt dieses Konzept die einfachste und direkteste Art der Lochkoordinatenansteuerung dar. Bewegungstransformationen in z.B. rotatorische Koordinaten sind hierbei nicht notwendig. Im Rahmen der konstruktiven Umsetzung hat sich nachteilig gezeigt, dass die Erreichbarkeit der vertikalen Interventionsebenen mit dieser Methode in den Extremlagen und in den lateral gelegenen Randbereichen eingeschränkt wird. Dies ist einmal auf die geringe Bauhöhe des Biopsiesystems zurückzuführen und zum anderen auf die konkave Form des MRT-Tisches, die translatorische Verschiebungen eines in der Bauhöhe festgelegten Vertikalsystems erheblich limitiert.

Typ B: Der wesentliche Unterschied zum Typ A besteht in der Methode der Vertikal- und Horizontalverstellung (x, y- Ebene). Diese wird über ein horizontales Drehgelenk mit einem rechtwinklig abstehenden Arm (Revolvergelenk) eingeleitet, mit dem speziellen Ziel, dass sich das medizinische Instrument auf einer Umlaufbahn um dieses Gelenk bewegen kann, ähnlich dem Konzept mit Zylinderkoordinaten. Ein großer Vorteil der im Vergleich zu Typ A entsteht, liegt in der besseren Erreichbarkeit der randnahen Punktionslöcher auch unterhalb des Drehpunktes (Erweiterung des Umlaufbereiches). Zudem kann die Linearverstellung in x-Richtung kürzer ausfallen. Nachteile dieses Konzeptes liegen zum einen in der notwendigen Umsetzung der Systemkoordinaten (polar → kartesisch), der Berücksichtigung einer richtungsabhängigen Wegdifferenz Δx und zum anderen in der Rotation des medizinischen Instrumentes um den Drehpunkt begründet.

Typ C: Bei diesem Bewegungskonzept, abgeleitet aus dem Schwenksystem nach Polarkoordinaten und dem Gelenkroboterprinzip, erfolgt die Vertikalverstellung des Endeffektors über zwei, um die x-Richtung, drehbare Gelenke (G1 und G2). Über den Rotationswinkel φ kann die Höhenkoordinate y definiert werden, wenn der zweite Rotationswinkel ρ in der Art eine Anpassung erfährt, dass der Endeffektor zu jedem Zeitpunkt der Hauptbewegung parallel zur x-z-Ebene ausgerichtet ist. Die wesentlichen Vorteile dieses Konzeptes sind:


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Als die wesentlichen Nachteile dieser Methode sind die permanente Anpassung des Rotationswinkels ρ und der Versatz in z-Richtung durch Drehung um den Gelenkpunkt G1 zu nennen. Trotz der geringfügig aufwendigeren kinematischen Methodik und dieser nachteiligen Aspekte stellte dieser Typ für das Biopsiesystem die günstigste Lösung dar. Der genannte Versatz konnte hierbei durch das Stellglied für die z-Koordinate ohne Probleme kompensiert werden, wohingegen eine aktiv gesteuerte Winkelanpassung zur Einhaltung der parallelen Instrumentenlage einen hohen Aufwand im Hinblick auf das geringe Platzangebot bedeutete. Zur Vereinfachung des Navigationskonzeptes bot es sich an, den aktiven Winkelausgleich durch ein passiv wirkendes Stellglied bzw. einen selbsrregulierenden Winkelausgleichmechanismus zu ersetzen, so dass unabhängig von der Winkelstellung φ, selbsttätig die Parallelstellung des medizinischen Instrumentes über den gesamten Arbeitshub sichergestellt werden kann. Durch diese Methode reduzierte sich die Gesamtanordnung um ein aktives Stellglied und die Vertikalverstellung hing nur noch von einem Parameter, dem Rotationswinkel φ, ab. Das Prinzip des passiven Winkelausgleichs stellt die nachfolgende Abbildung vor.

Abb. 48 : Prinzip der Parallelkinematik zur selbstregulierenden Anpassung der Gelenkstellung

Prinzip der Parallelkinematik zur selbstregulierenden Anpassung der Gelenkstellung G1 im zur Realisierung paralleler Instrumentenlagen in der x-z-Ebene bei der Vertikalbewegung mit D1, D2 als ortsfeste Drehpunkte und s1, s2 als die Bahnkurven des Antriebs- und Ausgleichshebels.

6.3.3 Kinematik der Nebenbewegung

Die Nebenbewegung ist durch die Eigenbewegung des Endeffektors bzw. durch die Rotation des medizinischen Instrumentes nach Adaption an die Punktionsplatte gekennzeichnet. Bezugnehmend auf das, in dieser Arbeit neu entwickelte Konzept der Nadelinklination, siehe Kap.6.2.2, läßt sich die räumliche Rotationsbewegung des Endeffektors auf translatorische Stellaufgaben reduzieren. Ein großer Navigationsvorteil wird diesbezüglich auf Grund der ortsfesten Bindung des Instrumentes infolge der Ankopplung der Inklinationskugel an die Punktionsplatte erreicht. Durch diese „Zwangsführung“ läßt sich die Kugel- bzw. Biopsienadelrotation mit Hilfe der für die Hauptbewegung zuständigen Stellglieder in x- und y- Richtung realisieren. Die Rotation selbst erfolgt über zwei passive Drehgelenke (φx, φy), siehe Abb. 56, wobei die Drehung um die y-Achse zu dem in der Abb. 48 dargestellten Schwenkwinkel φA konform ist. Die Stellkomponente in z-Richtung sorgt ausschließlich für den Wegausgleich und sicheren Anpreßdruck gegen die Punktionsplatte.

6.4 Konzeptionelle Anforderungen an das Biopsieinstrument

Bei diesem Instrument, das den Endeffektor des Robotersystems darstellt, handelt es sich um einen neuartigen gerätetechnischen Ansatz für die MR-gestützte minimal-invasive Stanznadelbiopsie. Insbesondere hebt sich dieses Gerätekonzept von konventionellen Punktionsinstrumenten dadurch ab, dass alle Funktionsgruppen (siehe Abb. 49) innerhalb des starken MRT-Magnetfeldes für die automatische Steuerung ausgelegt sein müssen, da ein manuelles Vorgehen im MRT-Isozentrum nicht mehr möglich ist. Besonders diffizil ist die Lösung dieser Anforderungen ergänzend durch die hohe Komplexität dieses Instrumentes, das neben der Bedingung nach einer hohen MR-Kompatibilität zudem noch klein in seinen Abmessungen sein mußte, um einen möglichst großen Interventionsbereich abdecken zu können. Das Gerätekonzept sieht die Aufnahme einer zweiteiligen Stanzbiopsienadel (14G) vor, [Seite 45↓]deren Anwendung bereits im Kapitel 5.4.1 beschrieben wurde. Für die automatische Steuerung der Hauptaktionen: Spannen, Punktieren, Biopsieren, Nadelrückzug und Spülen (Entfernung und Konservierung des Biopsates) kommen fluidische und elektrische Aktoren aus Formgedächtnislegierungen in Frage, da diese in einem kleinen Einbauraum relativ große Kräfte aufbringen können. Weitere Funktionsträger, die mit diesem Endeffektor verknüpft sind, sind für die exakte Lageausrichtung des Instrumentes, die Justierung der Eindringtiefe und die sichere Anpressung der Kugel gegen die Punktionsplatte während der Intervention bestimmt. Hierbei handelt es sich hauptsächlich um opto-elektronische Sensoren. Zur Nachführung der Navigationsbewegungen bei der Nadelinklinierung ist der Endeffektor über zwei Bremsgelenkachsen mit dem Positionierroboter verbunden.

Abb. 49 : Prinzipielle Darstellung der Hauptfunktionen am automatischen Biopsieinstrument.

6.5 Rotationsaktuator für Anwendungen in starken Magnetfeldern

Aus einer intensiven Recherche ging hervor, dass die Erfahrungen im Umgang mit Antrieben für die Anwendung in MR-Tomographen sehr gering waren und weitgehend noch den Forschungsbereichen angehörten oder auf kostenintensive Spezialanfertigungen der Industrie basierten. In Betracht kamen zunächst fluidische Systeme (pneumatische, hydraulische) und konventionelle elektrische Antriebe. Die Anforderungen im Hinblick auf MR-Kompatibilität, geringe Baugröße, hohe Positioniergenauigkeit, geringe Lärmbelastung, wartungsfreiheit und niedrige Kosten konnten hierbei nicht optimal erfüllt werden. Als alternatives Antriebskonzept stellen piezoelektrische Motoren oder auch „Ultraschallmotoren“ eine interessante Entwicklung im Bereich der Aktorik dar. Diese Motoren sind zwar teuer und auch nur in kleiner Bandbreite kommerziell erhältlich, ihr großer Vorteil liegt aber im Vergleich zu konventionellen Elektromotoren darin, dass sie keine elektromagnetischen Teile benötigen. Sie können vollständig aus nicht-ferromagnetischen Materialien aufgebaut werden und sind insofern für den Einsatz in starken Magnetfelder geeignet [ 64 , 79 , 90 ]. Die Auswirkungen derartiger Motoren im Bereich eines MR-Tomographen, insbesondere auf die Bildgebung, waren zu Beginn dieser Arbeit nicht bekannt, so dass sich ein Teil der wissenschaftlichen Untersuchungen auf diese Aufgabe konzentrierte. Erste eigene Untersuchungen wurden für zwei unterschiedlich aufgebaute Piezomotoren (Honda Electronics, Shinsei, Japan) bereits publiziert [ 91 ]. Für das Positioniersystem wurde der Shinsei-Motor aufgrund seiner sehr guten Eigenschaften und sicheren Funktion im Magnetfeld verwendet.

6.5.1 Allgemeine Eigenschaften des Shinsei-Piezomotors

Es handelt sich bei diesem Typ um einen bidirektionalen Wanderwellenmotor oder auch „travelling wave motor“ genannt. Besonderes Merkmal dieses „ring-type-motors“ ist sein hohes Antriebsmoment und seine niedrige Drehzahl. Ein Direktantrieb ohne zusätzliche Getriebestufen ist mit diesem Motor möglich. Ferner verfügt der Motor über ein hohes Haltemoment (Selbsthemmung) im stromlosen Zustand, so dass auf ein zusätzliches Bremssystem verzichtet werden kann. Piezomotoren nach dieser Bauart können sehr kompakt konstruiert werden (hohe Drehmomentendichte), sind geräuscharm und haben eine Lebensdauer von ca. 2000 Stunden. Die zur Generierung der Wanderwellen benötigten Frequenzen liegen im nicht wahrnehmbaren Ultraschallbereich (ca. 40 kHz). Für präzise Steuerungs- und Positionieraufgaben sind diese Motoren wegen ihren schnellen Reaktionszeiten (kurze Hochlauf- und Haltezeiten) und dem schlupffreien Betrieb besonders gut geeignet.


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Für die Steuerung der Haupt- und Nebenbewegungen des Biopsiesystems wurden progressive „ring-type“ Wanderwellenmotoren“ vom Typ USR-45 gewählt. Die charakteristischen Eigenschaften dieses Motortyps sind zusammengefasst folgende:

  1. Schneller Hochlauf und sehr kurze Anhaltezeit (40ms/1ms) ⇒ sehr gute Motorkontrolle durch schnelles Reagieren auf Start/Stop-Signale,
  2. schnelles Umschalten unter Last in die entgegengesetzte Richtung (ca. 200ms),
  3. hohes Haltemoment (ca.0,25 Nm) im Ruhezustand (mechanische Bremse),
  4. sehr ruhiges Betriebsverhalten (< 40 dB),
  5. präzise Positionierung bei Ansteuerung mit TTL-Signalen (Schrittmotorprinzip),
  6. keine magnetischen Komponenten erforderlich ⇒ In Magnetfeldern anwendbar,
  7. kleine Drehzahlen über Treiberstufe einstellbar (ca. 60-130 min-1) und großes Drehmoment (≈ 0,2 Nm) ohne Reduktionsgetriebe,
  8. kompakte Baugröße ca. (50x50x20)mm, geringes Gewicht (90g),
  9. gleichmäßige Rotation durch progressive Welle (schlupffrei),
  10. wartungsfrei und sauber ⇒ ideal für Reinräume oder im klinischen Betrieb.

6.5.2 Aufbau des Shinsei-Piezomotors

Die folgende Abbildung zeigt den schematischen und realen Aufbau dieses Motors.

Abb. 50 : links: Schematischer Aufbau des Shinsei Motors“,
rechts: Der Shinsei-Motor Typ USR- 45 NM (nicht magnetisch) ohne Gehäusedeckel.

Beschreibung

In den Statoren von Wanderwellenmotoren werden Resonanzschwingungen generiert, zu fortlaufenden Wellen überlagert und über Reibschluß diese Schwingbewegungen auf den Antrieb übertragen. Beim „ring-type-motor“ bildet die piezoelektrische Keramik 2, im folgenden Piezokeramik genannt, mit dem angrenzenden elastischen Körper 3 (Bronzelegierung) den Stator, der mit dem Gehäuse 1 verbunden ist. An die Piezokeramik sind zwei ringförmige Elektroden gefügt, eine Polarisierungselektrode und eine Elektrode für die externe Ankopplung. Über die Polarisierungselektrode wird die Piezokeramik in zwei Phasen (A und B) mit abwechselnd polarisierten Elementen unterteilt.

Abb. 51 : links: Statoraufbau des 2-Phasen Piezomotors mit Polarisierungsschema; rechts: Prinzip der Generierung flexibler Wellen an einzelnen Piezoelementen mit entgegengesetzter Polarität in Abhängigkeit der angelegten Spannung [ 90 ].

Die Polarisierung verläuft dabei in Richtung der Schichtdicke, so dass sich die Einzelelemente nach dem Anlegen eines definierten Spannungszustandes alternierend dehnen und stauchen lassen. Die daraus resultierenden Bewegungsformen stellen die Grundlage zur Generierung der periodischen [Seite 47↓]Stator-Wellenbewegungen dar, siehe Abb. 51. Durch den Druck der Feder 6 werden die Statorbewegungen auf den Rotor 5 mittels Reibschluß übertragen. Der Reibschluß erfolgt dabei zwischen dem elastischen Körper 3, der zur Verstärkung der resultierenden Piezoschwingungen an der Rotorseite ein Zahnung aufweist und die Rotor-Reibschicht 4. Der Abtrieb erfolgt über den Schaft 7, der mit dem Rotor verbunden ist.

6.5.3 Prinzip der Wanderwellengenerierung

Grundvoraussetzung für das Betreiben eines Piezomotors nach diesem Typ ist die Erzeugung einer unidirektionalen kontinuierlich fortschreitenden Wellenbewegung in einem infiniten Schwingungsträger. Beim Shinsei-Motor ist der elastische Körper des Statorringes der Schwingungsträger, die piezokeramischen Elemente der Elektrodenbereiche A und B dienen als Schwingungserregerquellen zu seiner Anregung. Nach Sashida et. al. sind mindestens zwei aufeinander abgestimmte Vibratoren notwendig, um unidirektionale Wanderwellen zu erhalten. Insofern erfolgt die Erregung des Stators bei diesem Motortyp über eine externe 2-Phasen-Ansteuerung beider Anregungsbereiche (Piezoelemente) mit zwei phasendifferenten Wechselspannungen, so dass diese entsprechende Vibrationen gemäß ihrer Polarität generieren können. Die für eine Rotorrichtung generierten Vibrationen der Piezoelemente sind:

Ändert sich die Vibration an B dagegen zu –C cos ωt, kann die Richtung der Wanderwelle und damit die Drehrichtung des Motors umgekehrt werden. Durch Überlagerung der generierten Schwingungen im Stator formt sich eine progressive Welle an der Oberfläche des elastischen Körpers, dessen Oberflächenpunkte sich dabei auf elliptischen Trajektorien mit einer Amplitude von wenigen Mikrometern bewegen. Die Bewegung des Rotors entsteht durch die Federanpressung gegen den Stator und der damit verbundenen Reibung bzw. resultierenden Tangentialkräfte an der Oberfläche, verursacht durch die elliptische Bewegung der Wellenwand. Die Zusammenhänge werden nochmal durch die folgende Abbildung deutlich.

Abb. 52 : Bewegungsprinzip des Shinsei-Wanderwellenmotors [90].

Nach Abb. 52 verlaufen die Trajektorien respektive die Rotordrehrichtung entgegengesetzt der Wellenbewegung. Der Kontakt zwischen dem Stator und Rotor ist gleichmäßig und bleibt als weiteres Charakteristikum permanent erhalten, da zu jedem Zeitpunkt gleich viele Kontaktpunkte am Umfang verteilt im Eingriff sind, wodurch der Wanderwellenmotor als schlupffrei bezeichnet werden kann. Die Anzahl der Berührungspunkte entspricht dabei der Ordnung der überlagerten Eigenformen. Mit dem Fortschreiten der Welle laufen die Berührungspunkte kontinuierlich am Umfang ab. Als Besonderheit ist zu bemerken, das die elliptischen Trajektorien an den Kontaktpunkten zwischen dem Stator und Rotor durch die aufgebrachte Verzahnung flacher verlaufen, wodurch ein besserer Oberflächenkontakt und eine größere Querkraftabtriebskomponente erzielt wird. Je nach piezoelektrischer Kraft und Federvorspannung lassen sich unterschiedliche Antriebsdrehmomente erzeugen. Im spannungsfreien Zustand liegt ein hohes Halte-Torsionsmoment an, das auschließlich auf der Reibung zwischen dem Rotor und Stator basiert.


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6.5.4  Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie

Die Abb. 53 beschreibt die Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie und den Arbeitsbereich des Shinsei Motors USR-45 NM unter Last. Obwohl der Motor ein größeres Drehmoment abgeben kann, empfiehlt der Hersteller ein maximales Antriebsmoment Mdmax. von 0,12 Nm nicht zu überschreiten. Das Haltemoment MH für n=0 min-1 beträgt ≈ 0,25 Nm.

Abb. 53 : Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie des Shinsei USR-45 NM.

6.5.5 Steuerungsmöglichkeiten des Shinsei Motors

Die Ansteuerung des Shinsei-Motors erfolgt über einen Controller, der zwei unterschiedliche Betriebsmodi, den kontinuierlichen Betrieb und den Pulsbetrieb ermöglicht (siehe Abb. 54). Der kontinuierliche Betrieb ist durch drei Betriebsphasen (Hochlaufphase, Gleichlaufphase, Abbremsphase) gekennzeichnet und eignet sich für gleichförmige Positionierungen über eine größere Distanz. Die nach der Hochlaufphase abgegebene Drehzahl ist proportional einer angelegten Controllerspannung und in einem Bereich von (60-130)min-1 variierbar. Sowohl der Hochlauf, als auch der Nachlauf hängen von der drehzahlproportionalen Spannung ab. Bei max. Motordrehzahl von z.B. 130min-1 beträgt die Hochlaufzeit ca. 40ms und die Nachlaufzeit ca. 1ms. Basierend auf der Gleichung für den Motordrehwinkel φ(t) ergibt sich ein Hochlaufdrehwinkel von φH≈ 15,6° und ein Nachlaufdrehwinkel von φN≈ 0,39°.

Abb. 54 : Steuerungsdiagramm eines Shinsei-Piezomotor USR-45.


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Präzise Positionieraufgaben im Submillimeterbereich lassen sich aufgrund der sehr kurzen Reaktionszeiten des Motors im Pulsbetrieb realisieren. Der Piezomotor arbeitet hierbei quasi als Schrittmotor, wenn am Treibereingang höherfrequente TTL-Impulsfolgen anliegen. Untersuchungen haben gezeigt, dass sich dabei sowohl die Drehzahl als auch der kleinste Motorschritt in Abhängigkeit der Pulsfrequenz und Pulszahl weit unter die Werte des kontinuierlichen Betriebes ändern lassen. Die Ergebnisse einer Untersuchung zeigen die folgenden Abbildungen.

Abb. 55 : Untersuchung des Shinsei Piezomotors (USR-45) im Pulsbetrieb ohne Last

links: Messanordnung, Motordrehzahl in Abhängigkeit unterschiedlicher Pulsfrequenzen;
rechts: Drehwinkel über Pulszahl bei einer Pulsfrequenz von 10kHz.

Im Pulsbetrieb ließen sich mit diesem Motor reproduzierbare Stellwinkel von 0,3° (≈ 1000 Schritte pro Umdrehung) erreichen. Für Pulszahlen n ≤ 30 sind noch kleinere Schrittweiten möglich, allerdings nimmt dann die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit ab. Für Feinpositionierungen ermöglicht der Motor im Pulsbetrieb weit niedrigere Drehzahlen als im kontinuierlichen Betrieb und zeigt ein annähernd linear ansteigendes Drehzahlverhalten mit zunehmender Pulsfrequenz oberhalb 10kHz. Hierbei ist aber zu berücksichtigen, dass die Kennlinie für einen Motor im lastfreien Zustand ermittelt wurde. Es hat sich jedoch gezeigt, dass Änderungen der Lastverhältnisse zu Verschiebungen der Kennlinie führen können und individuell geprüft bzw. je nach Anforderung eine separate Charakterisierung erforderlich machen.

Die Auswirkungen dieser Aktuatoren im MRT-Magnetfeld und deren Einflüsse auf die Schnittbildgebung sind im Kap.7.4 ff beschrieben.


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6.6  Konzeptioneller Aufbau des automatischen Interventionssystems

Die Abb. 56 zeigt an einem Simulationsmodell den Aufbau des Navigationsroboters und die Adaption des Biopsieinstrumentes an die Brust-Kompressionsplatte (rechteckiger Ausschnitt). Im gezeigten Modell sind die translatorischen und rotatorischen Navigationsbewegungen (rote Pfeile), sowie die Bewegungsrichtung des Endeffektors (gelber Pfeil) angedeutet. Für die Positionierung benötigt der Roboter 5 Freiheitsgrade, die mit Hilfe von 3 aktiven Linearachsen (x, y, z) und 2 passiven Rotationsgelenken ( φ x , φ y ) realisiert werden, wobei die Gelenkstellungen über pneumatische Bremsen fixiert werden können. Piezomotorisch angetriebene Spindelsysteme in der x,- und z- Richtung sowie ein spezieller Schwenkmechanismus in der y-Achse ermöglichen präzise Haupt- und Nebenbewegungen des Instrumentes unter Berücksichtigung eines größtmöglichen Interventionsraumes. Voraussetzung für die Einleitung der Nebenbewegung (Inklination des Instrumentes) ist die Positionierung der Rotationskugel in die Punktionsplatte. Neben der speziellen Art der Nadelausrichtung zeichnet sich dieses Systemkonzept durch eine sehr flache Bauweise (Höhe ca. 100mm) aus, wodurch die Integration in die Patientenliege möglich ist und durch eine modulare Konstruktion, die eine Intervention von der Kopf- und Fußseite im MRT-Isozentrum ermöglicht.

Abb. 56 : Modell des Navigationssystems mit Biopsieinstrument und beispielhafte Adaption des Instrumentes an die Punktionsplatte

(Pfeile kennzeichnen die translatorischen und rotatorischen Bewegungsrichtungen).


Fußnoten und Endnoten

1 Arbeitsraum: Definierter Roboter-Wirkungsbereich, in dem ein bestimmtes Arbeitsgerät oder Instrument eine vorgeschriebene technologische Funktion erfüllen kann [ 36 ].

2 Endeffektor:Endglied bzw. Handhabungsmodul eines Roboters, dass zur Erledigung einer oder mehrerer Arbeitsaufgaben dient.



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02.09.2004