Endoskope und Katheter ,Sonden-Systeme, die von außen in den Körper eingeführt werden, haben in den letzten Jahrzehnten die Möglichkeiten der Diagnostik und Behandlung von verschiedenen Erkrankungen stark vorangebracht. Im Fall der Lunge nennt sich das derzeit eingesetzte Verfahren Bronchoskopie. Dabei wird ein flexibles, röhrenförmiges Instrument mit einem Durchmesser von etwa 3,5 bis 4 Millimetern durch die Nase oder den Mund in die Bronchien des sedierten Patienten eingeführt. Aufgrund seiner Größe kann das Bronchoskop allerdings nur bis in die oberen Ebenen des Bronchialbaums vordringen. Um noch tiefer zu kommen, wird dann ein Katheter oder ein feiner Schlauch durch das Bronchoskop und schließlich in die feineren Röhren der Lunge eingeführt.
Feinere Bereiche im Visier
Diese Sonden besitzen zwar nur einen Durchmesser von etwa zwei Millimetern. Doch mit den bisherigen manuellen Steuerungstechniken lassen sie sich nur begrenzt durch das verzweigte Bronchialsystem leiten, wodurch bestimmte Bereiche unerreichbar bleiben. Zudem sind oft Röntgenuntersuchungen während des Verfahrens nötig, was für das medizinische Personal eine weitere technische Herausforderung darstellen kann. Es besteht somit Optimierungspotenzial in der Endoskop- und Katheter-Technologie. Diesem Forschungsfeld widmen sich die Wissenschaftler um Pietro Valdastri von der University of Leeds. Konkret arbeiten sie an der Entwicklung von wendigeren und genauer steuerbaren Systemen, die mit weniger Aufwand verbunden sind.
So entstand das Katheter-Konzept, das sie als „magnetischen Tentakel“ bezeichnen. Dieses Gebilde ist aus miteinander verbundenen, zylindrischen Segmenten aufgebaut, die einen Durchmesser von jeweils zwei Millimetern aufweisen. Bei dem Material handelt es sich um einen weichen Elastomer-Kunststoff, der dem Tentakel zusätzlich zur Segmentierung eine enorme Flexibilität verleiht. Um seine Bewegungen fernsteuern zu können, sind magnetische Partikel in das Material integriert. Die Segmente lassen sich dadurch unabhängig voneinander durch äußere Magnetfelder beeinflussen. Das Ergebnis ist ein hochflexibles Gebilde, das sich wie ein Tentakel krümmen lässt und klein genug ist, um sich nicht an anatomischen Strukturen in der Lunge zu verfangen, schreibt die University of Leeds.
Fernsteuerbare Wendigkeit
Der Tentakel steht dabei im Bann von Magnetfeldern, die von zwei Roboterarmen ausgehen, die sich über dem Patienten feinmotorisch bewegen. Sie bewirken die Richtungsänderungen des Katheters, wodurch die Sonde beim langsamen Vortrieb zum Ort einer verdächtigen Stelle in der Lunge manövriert werden kann. Dies geschieht allerdings nicht manuell, sondern vollautomatisch: Der Weg durch den Bronchialbaum wird anhand von vorhergehenden Scans der Lunge des Patienten geplant und dann in das Robotersystem einprogrammiert. “Durch unser autonomes magnetisches Führungssystem muss der Patient während des Eingriffs somit auch nicht geröntgt werden“, sagt Valdastri.
