Präzise Bewegungssteuerung für eine verbesserte Patientenversorgung

Einst als futuristisches Konzept betrachtet, macht die robotergestützte Chirurgie das „Unmögliche“ zunehmend zur Routine. Chirurgen können nun lebensrettende Fernoperationen an Patienten durchführen, die sich Tausende von Kilometern entfernt befinden. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass minimalinvasive, hochpräzise Roboteroperationen die Komplikationen nach dem Eingriff erheblich reduzieren.

Die Automatisierung verändert die Medizinbranche und unterstützt medizinisches Fachpersonal dabei, den Komfort, die Versorgung und die Behandlungsergebnisse der Patienten zu verbessern. CGI Inc., ein Teil des Timken-Portfolios für industrielle Bewegungstechnik, entwickelt innovative Getriebelösungen und Prozesstechnologien, die die Präzision und Effizienz in der robotergestützten Chirugie steigern und damit das Wohlbefinden und die Lebenserwartung von Patienten auf der ganzen Welt verbessern.

„Unsere Kunden entwickeln Lösungen, die es bisher noch nicht gab. Sie betrachten uns als Erweiterung ihrer eigenen F+E- und technischen Kompetenzen und vertrauen darauf, dass wir Probleme so früh wie möglich im Laufe des Konstruktionsprozesses lösen.“

Tim Pirie
Technologiedirektor, CGI Inc.

Zukunftsweisende medizinische Innovationen

Als Hightech-Markt, der noch in den Kinderschuhen steckt, machen chirurgische Roboter erste Schritte, um die Patientenversorgung in großem Maßstab zu verändern. Heute werden jährlich mehr als 14 Millionen robotergestützte Operationen durchgeführt, verglichen mit drei Millionen im Jahr 2017.

Dieses Wachstum und diese Innovation sind das Ergebnis von 25 Jahren Arbeit. Laut Tim Pirie, Technologiedirektor bei CGI Inc., haben chirurgische Robotersysteme aufgrund ihrer komplexen Konstruktionen, hohen Präzisionsanforderungen und ihrer streng regulierten medizinischen Umgebung lange Entwicklungszyklen.

„Unsere Kunden entwickeln Lösungen, die es so noch nie gegeben hat“, so Pirie. „Sie betrachten uns als Erweiterung ihrer eigenen F+E- und technischen Kompetenzen und vertrauen darauf, dass wir Probleme so früh wie möglich im Laufe des Konstruktionsprozesses lösen.“

Präzisionszahnradantriebe von CGI werden in chirurgischen Robotern eingesetzt, um Traktion und genaue Positionierung zu ermöglichen. Chirurgen verwenden Steuerungen, um die Roboterarme zu bedienen, mit denen Herzklappen repariert, Blinddärme entfernt oder Krebserkrankungen behandelt werden können. Einige Systeme verfügen über einen Roboterarm für Operationen mit nur einem Schnitt; komplexere Systeme verwenden bis zu vier Arme, um auch anspruchsvollste Eingriffe durchzuführen und eine größere Flexibilität im Operationssaal zu gewährleisten..

Viele dieser chirurgischen Plattformen bestehen aus mehreren Subsystemen, und CGI-Lösungen sind nicht auf eines beschränkt, sondern unterstützen mehrere davon.

Das technische Know-how von CGI treibt medizinische Innovationen auch in anderen Bereichen als lediglich Chirurgie voran. Im Bereich der Diagnostik unterstützt CGI die Entwicklung von Roboter-Bronchoskopen, die eine frühzeitigere Erkennung von Lungenkrebs ermöglichen, sowie von automatisierten Laborgeräten zur Erkennung von Krankheiten. Einige der kleinsten Präzisionszahnradantriebe von CGI helfen künstlichen Herzen dabei, automatisch Blut für Patienten mit fortgeschrittener Herzinsuffizienz zu pumpen.

Die Technologie für diese Anwendungen entwickelt sich ständig weiter, und CGI-gesteuerte Geräte bilden die Grundlage, auf der die nächste Generation der medizinischen Automatisierung derzeit aufgebaut wird.

Eine Tradition von kundenorientierter F+E

CGI wurde 1967 von Ingenieuren als California Gear and Instrument gegründet und unterstützte zunächst die Luft- und Raumfahrtindustrie sowie die Medizintechnikbranche bei zahlreichen technischen Innovationen.

Gestützt auf Erfahrungen, die bis zu den Apollo-Missionen der NASA zurückreichten, entwickelte CGI einen maßgeschneiderten Präzisionsantrieb für das Handwerkzeug, mit dem Astronauten 1993 die erste Wartungsmission des Hubble-Weltraumteleskops durchführten. Dieses Gerät ist bis heute an Bord der Internationalen Raumstation im Einsatz.

Diese Expertise im Bereich Luft- und Raumfahrt ließ sich gut auf den noch jungen Markt für medizinische Geräte übertragen. In den 1970er Jahren wurden die ersten erfolgreichen Kniegelenkersatzoperationen mit CGI-ausgestatteten orthopädischen Operationsinstrumenten durchgeführt.

„Die Arbeit mit Knochen stellt eine große Herausforderung dar, und unsere Kunden im Bereich chirurgische Instrumente benötigten Zahnradantriebe, die mehr Drehmoment erzeugen konnten, um einwandfrei zu funktionieren“, so Pirie. „Wir waren eines der wenigen Unternehmen, die über diese Expertise verfügten.“

Pirie fügte hinzu, dass es Parallelen zwischen der frühen Orthopädie und dem heutigen Markt für medizinische Automatisierung gebe. „Es gibt nur wenige Unternehmen und Ingenieure, die auf diesem Gebiet führend sind, da es sich um eine relativ neue Technologie handelt“, sagte er. „Kunden wissen, dass wir sie unterstützen können, da wir von Beginn an dazu beigetragen haben, die größten technischen Herausforderungen der modernen Medizin zu lösen.“

Einer der ersten Innovatoren im Bereich der chirurgischen Robotik wandte sich an CGI, nachdem 80 % seiner anfänglichen Roboter aufgrund von Defekten der handelsüblichen Getriebe ausgefallen waren. Die F+E-Mitarbeiter und technischen Experten von CGI konnten schnell eine neue Lösung entwickeln, um das Leistungsproblem zu beheben und die Produktion der Roboterplattform wieder aufzunehmen. Kurz darauf beauftragte derselbe Kunde die CGI-Experten mit der Entwicklung einer maßgeschneiderten Lösung, um ein Problem mit dem Getriebespiel bei den Standardantrieben eines Mitbewerbers zu beheben.

Heute sind die F+E-Mitarbeiter und technischen Experten von CGI bereits zu Beginn des Designzyklus dieses Kunden involviert.. Eine frühzeitige Zusammenarbeit führt zu besser integrierten Präzisionsgetriebelösungen, die sowohl die Effizienz der Geräte als auch die internen Prozesse des Kunden verbessern.

Das Ergebnis sind schnellere Innovationen, die den Zugang der Patienten zu automatisierungsgestützter medizinischer Versorgung rasch erweitern. Immer mehr diagnostische Tests werden automatisiert, um größere Volumen bewältigen zu können. Und die Robotik, die früher auf bestimmte Verfahren beschränkt war, wird zunehmend in der allgemeinen Chirurgie eingesetzt, um ein breiteres Spektrum von Erkrankungen zu behandeln.

Pirie fügte hinzu: „Es ist beeindruckend, über die Komplexität nachzudenken, die erforderlich war, um diesen Punkt zu erreichen, und über die Möglichkeiten, die sich in Zukunft eröffnen werden. Es ist spannend, Teil dieser Innovation zu sein.“

Published: 2025/06/5