Die Erfindung betrifft ein Robotersystem für die Wundreinigung.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, eine Wundauswaschung mit einem medizinischen Wasserstrahl sowie Wundebridement manuell durch eine medizinische Fachkraft durchzuführen. Eine große Herausforderung besteht hierbei darin, möglichst die gesamte Wundoberfläche zu erfassen und deren Behandlung mit einer konstant bleibenden Qualität durchzuführen, um das Risiko einer Reinfektion zu minimieren. Eine visuelle Kontrolle durch die medizinische Fachkraft ist oft schwierig, da sich häufig ein bereits bearbeitetes Flächenstück nicht wesentlich von einem unbearbeiteten unterscheidet.

Weiterhin ist es bekannt, eine Wundauswaschung automatisiert unter Verwendung eines Roboterarm durchzuführen. Hierbei kann eine gleichmäßigere Abdeckung der Wundoberfläche erreicht werden. Allerdings weisen die Zieloberflächen oftmals eine inhomogene Beschaffenheit auf, sodass das Ergebnis dennoch häufig unbefriedigend ist.

Informationen zum Stand der Technik können der folgenden Veröffentlichung entnommen werden:

Robot Guided Waterjet Surgery Dissertation, Thomas Bahls 2020 TU München

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Robotersystem für die Wundreinigung bereit zu stellen, das ein verbessertes Reinigungsergebnis ermöglicht. Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Das erfindungsgemäße Robotersystem für die Wundreinigung weist einen Roboterarm auf, an dem eine Düse zur Ausgabe einer Reinigungsflüssigkeit angebracht ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um Wasser handeln, das zusätzlich ein therapeutisches Mittel für eine verbesserte Reinigung und/ oder ein lokales Anästhetikum aufweisen kann. Zusätzlich kann die Reinigungsflüssigkeit weitere Moleküle aufweisen, die sowohl mechanisch als auch chemisch mit der zu reinigenden Oberfläche interagieren.

Das Robotersystem weist eine Steuervorrichtung zum Steuern des Roboterarms derart auf, dass durch die Düse bestimmte Positionen auf der Wundoberfläche gezielt gereinigt werden.

Weiterhin weist das Robotersystem mindestens einen Sensor zum Erfassen der Güte des Reinigungsergebnisses auf.

Das Robotersystem umfasst ferner ein Regelsystem zum Ansteuern von Positionen auf der Wundoberfläche durch die Düse, bei denen die Güte des Reinigungsergebnisses einen gewünschten Schwellwert nicht erreicht hat.

Durch das erfindungsgemäße Robotersystem kann eine gleichmäßig hohe Reinigungsqualität über die gesamte Wundoberfläche erreicht werden. Dies erfolgt in sehr zuverlässiger Weise, da die Bewertung der Reinigungsqualität automatisiert unter Verwendung eines Sensors und nicht durch eine medizinische Fachkraft erfolgt. Es ist bevorzugt, dass der mindestens eine Sensor ein Wärmebildsensor zum Erfassen der Durchblutung der Wundoberfläche ist. Dies kann beispielsweise durch einen berührungslosen Infrarotsensor erfolgen.

Alternativ oder zusätzlich kann der mindestens eine Sensor ein Hyperspektralsensor zum Erfassen der spektralen Signatur von unerwünschten Belägen auf der Wundoberfläche sein. Hierbei wird die spektrale Signatur der Wundoberfläche direkt erfasst, sodass bestimmte Beläge z.B. Bakterienkolonien in einem bestimmten Spektrum sichtbar gemacht werden können.

Alternativ oder zusätzlich kann der mindestens eine Sensor ein Sensor zu Analyse der chemischen Zusammensetzung des abgetragenen Materials sein, das ihm über eine Absaugvorrichtung zugeführt wird. Diese Absaugvorrichtung kann Teil des Robotersystems sein. Beispielsweise kann das abgesaugte Medium im Hinblick auf therapierelevante Merkmale wie zum Beispiel Proteine, Saccharide sowie bekannte Bakterienarten oder deren Zellbestandteile untersucht werden. Auch kann eine Analyse auf Hämoglobin im abgesaugten Medium erfolgen.

Alternativ oder zusätzlich kann der mindestens eine Sensor ein Widerstandssensor zum Erfassen des elektrischen Widerstands der Wundoberfläche sein. Wird beispielsweise mit einer Kochsalzlösung gespült so ist deren spezifischer Widerstand bekannt. Verunreinigungen auf der Wundoberfläche führen zu einer Änderung des Widerstandes, sodass hieraus die Qualität des Reinigungsergebnisses abgeleitet werden kann.

Alternativ oder zusätzlich kann der mindestens eine Sensor ein MEMS-Sensor sein. Dieser kann als ein MEMS-Sensor basierter Mikroreaktor ausgebildet sein, dem über die Absaugvorrichtung abgesaugte Flüssigkeit zugeführt wird. Der Mikroreaktor kann sodann in Echtzeit beispielsweise die chemische Zusammensetzung der abgesaugten Flüssigkeit analysieren, um die Güte des Reinigungsergebnisses beurteilen zu können. Auch ist es möglich, die abgesaugte Flüssigkeit auf Bakterien oder deren Zellbestandteile, Proteine, Saccharide und/ oder Hämoglobin im Mikroreaktor zu analysieren.

Bei allen beschriebenen Sensorarten kann eine Analyse des Reinigungsergebnisses in Echtzeit erfolgen, sodass durch das Regelsystem Positionen auf der Wundoberfläche gezielt angesteuert werden können, bei denen die Güte des Reinigungsergebnisses einen gewünschten Schwellwert nicht erreicht hat.

In allen Ausführungsformen der Erfindung ist es möglich eine Datenbank zu erstellen, welche es ermöglicht, die Beläge anhand ihres Spektrums zu identifizieren. Hierzu wird parallel zur spektralen Analyse eine chemische Analyse durchgeführt, bis eine ausreichende Datenbasis aufgebaut wurde

Das erfindungsgemäße Robotersystem umfasst ferner bevorzugt eine Geometrie-Erfassungsvorrichtung zur Erfassung der Geometrie der Wundoberfläche. Diese kann beispielsweise dreidimensional vermessen werden. Das Robotersystem umfasst ferner eine Modelliervorrichtung zum Modellieren der Wundoberfläche, wobei beim Modellieren ein Aufteilen der Wundoberfläche in eine Vielzahl von Teilflächen erfolgt. Die Steuervorrichtung ist ausgebildet zum gezielten Reinigen von Teilflächen der Wundoberflächen, bei denen die Güte des Reinigungsergebnisse einen gewünschten Schwellwert nicht erreicht hat.

Bevorzugt umfasst die Geometrieerfassungsvorrichtung ein optisches System, insbesondere ein structured light system, ein stereo vision system, ein laserbasiertes Triangulationssystem oder ein kinesthetic sampling system.

Das erfindungsgemäße Robotersystem umfasst ferner bevorzugt eine Zugabevorrichtung zum Zugeben eines therapeutischen Mittels zur Spülflüssigkeit. Hierbei kann die Konzentration des therapeutischen Mittels an den Positionen auf der Wundoberfläche erhöht werden, an denen die Güte des Reinigungsergebnisses einen gewünschten Schwellwert nicht erreicht hat.

In dem in der Beschreibungseinleitung genannten Stand der Technik ("Robot Robot Guided Waterjet Surgery Dissertation") ist hierzu beschrieben, wie ausgehend von der Zielfläche und der verwendeten dissection trajectory des Wasserstrahls (welche die Geometrie des aktuierten Wasserstrahlapplikators beschreibt) eine Trajektorie berechnet werden kann, welche zumindest geometrisch eine hohe Abdeckung ermöglicht.

In allen Ausführungsformen der Erfindung sollte sichergestellt werden, dass der Wasserstrahl immer senkrecht bzw. immer in einem gleichbleibenden Winkel auf die Wundoberfläche trifft.

Weiterhin ist die Steuerung bevorzugt ausgebildet zum Verringern des Abstandes der Düse zur Wundoberfläche und/ oder zur Erhöhung des Wasserdrucks an Positionen auf der Wundoberfläche, bei denen die Güte des Reinigungsergebnisses einen gewünschten Schwellwert nicht erreicht hat.

Das Ergebnis der Behandlung kann überprüft und in qualitativer sowie quantitativer Form visualisiert und alphanumerisch abgebildet werden.

Die Wundreinigung kann ferner mit fluoreszenzpartikeldotierter Flüssigkeit zur späteren optischen Prüfung der Oberfläche erfolgen.

Weiterhin kann die Wundreinigung mit Flüssigkeit und abrasiven Partikeln (z.B. Mikroplastik, Silizium, Kalk) erfolgen.

Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand einer Figur erläutert. Die Figur zeigt ein Regelsystem zum Regeln des erfindungsgemäßen Robotersystems. Die von dem mindestens einen Sensor IST-Güte des Reinigungsergebnisses wird von der SOLL-Güte subtrahiert, sodass dem Regler ein Abweichungswert zugeführt wird

Die Abtragung kann hierbei individuell für verschiedene Positionen auf der Wundoberfläche geregelt werden, sodass individuelle Störgrößen berücksichtigt werden können. Eine Regelung der Abtragung kann über eine Veränderung des Drucks und/ oder der Dauer der Wasserstrahlreinigung erfolgen. Voraussetzungen hierbei sind eine gleichbleibende Düsengeometrie, ein kontinuierliches Absaugen sowie eine Verwendung im laminaren Bereich.