Kleinster steuerbarer Katheter

Wissenschaftler entwickelten einen sehr kleinen, magnetisch steuerbaren Katheter für minimalinvasive Operationen. Weil seine Steifigkeit ver?nderbar ist, k?nnen Chirurgen damit im K?rperinnern komplexere Bewegungen durchführen und es besteht ein geringeres Verletzungsrisiko für Patienten.

Katheter
Zwei Versionen des neuentwickelten Katheters. (Bild: ETH Zürich)

Es ist ein g?ngiges Prozedere bei Patienten mit Herzrhythmusst?rungen: Ein Chirurg ver?det im Herzen jene Regionen, welche unerwünschte elektrische Impulse verursachen. Die entsprechende Operation ist minimalinvasiv. Der Arzt führt über eine K?rpervene einen Katheter bis ins Herz und erzeugt damit lokal W?rme, so dass die entsprechenden Stellen ver?den. Um die Katheterspitze pr?zise durch die Blutgef?sse und das Herz navigieren zu k?nnen, kann der Chirurg manuell über einen im Innern des Katheters verlaufenden Zugdraht dessen Spitze biegen. Allerdings nur in zwei Richtungen: nach links und nach rechts.

Forschende der Gruppe von Brad Nelson, Professor für Robotik und Intelligente Systeme an der ETH Zürich, entwickelten nun gemeinsam mit Kollegen der EPFL einen Katheter mit einem magnetischen Kopf, der nicht manuell, sondern von einem Computer aus über ein externes Magnetfeld gesteuert werden kann. Dies erm?glicht das exakte Biegen des vorderen Teils des Katheters in alle Richtungen. ?Dadurch kann der Katheter pr?ziser und durch komplexere Gef?sse gesteuert werden als mit einem herk?mmlichen Katheter?, erkl?rt Christophe Chautems, Doktorand in Nelsons Gruppe. Weil der magnetische Katheter keinen Zugdraht ben?tigt, kann er auch deutlich dünner gebaut werden. Die Wissenschaftler habe den kleinsten steuerbaren Katheter hergestellt.

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Video: ETH Zürich

Ver?nderbare Steifigkeit

Beim neuen Katheter ist es ausserdem m?glich, die Steifigkeit des vorderen Teils zu ver?ndern. Die Wissenschaftler platzierten dazu in diesem Teil drei Segmente einer Legierung, die bei niedrigen Temperaturen weich wird. Mit über feinste Kupferdr?hte im Innern des Katheters zugeführtem Strom k?nnen diese Segmente erw?rmt und so biegsam gemacht werden.

Ist der vordere Teil des Katheters verh?ltnism?ssig steif, führt das Anlegen eines ?usseren Magnetfelds zu einer schwachen Biegung. Ein weicher Katheter hingegen l?sst Biegungen mit sehr engen Kurvenradien zu. Dadurch k?nnen Chirurgen wesentlich pr?ziser durch die Gef?sse navigieren. Das Risiko, Gef?sse unbeabsichtigt von innen zu verletzen, ist geringer.

Magnetisches Navigationssytem
Ein magnetisches Navigationssytem in den Labors der ETH Zürich. Neuere Entwicklungen werden deutlich kleiner sein. (Bild: ETH Zürich / Christophe Chautems)

Damit Chirurgen mit solchen magnetischen Kathetern arbeiten k?nnen, müssen die Patienten auf einem ?magnetischen Navigationssystem? liegen, einer Apparatur, mit welcher gerichtete Magnetfelder erzeugt werden. Solche Ger?te wurden früher schon an der ETH und in einem ETH-Spin-off entwickelt. Ausserdem gibt es mittlerweile auch kommerzielle Anbieter solcher Apparate, die weltweit in rund 100 Spit?lern im Einsatz sind.

Besserer Strahlenschutz

Ein weiterer Vorteil der magnetischen Katheternavigation: Der Chirurg befindet sich nicht wie bei der manuellen Navigation unmittelbar neben dem Patienten, sondern an einem Computer in einem Kontrollraum nebenan. Der Arzt kann so besser vor der Strahlung des R?ntgenger?ts geschützt werden, dank dessen Bildgebung er sich im K?rperinnern des Patienten zurechtfindet. Es w?re auch m?glich, dass ein Operateur aus der Distanz den Eingriff durchführt. Schliesslich gibt es sogar Bestrebungen, solche Eingriffe mittelfristig ganz zu automatisieren.

Für ihren Machbarkeitsnachweis fokussierten sich die ETH-Forschenden auf die Anwendung der Behandlung von Herzrhythmusst?rungen. Sie liessen das System patentieren und suchen nun nach Industriepartnern, um den Katheter zur Marktreife weiterzuentwickeln. Parallel dazu arbeiten sie an weiteren Anwendungen des Katheters für Operationen im Auge und im Magen.

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Video: ETH Zürich / Industry Relations

Literaturhinweis

Chautems C, Tonazzini A, Floreano D, Nelson BJ: A Variable Stiffness Catheter Controlled with an External Magnetic Field. IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems 2017, doi: externe Seite10.1109/IROS.2017.8202155

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