Bestimmung der Prozesskräfte und Interaktionskräfte beim roboterassistierten Bohren in knöchernen Strukturen

Einleitung: Für die minimalinvasive Cochleaimplantation ist es erforderlich einen Zugang von der Schädeloberfläche bis zur Cochlea zu bohren, ohne dabei wichtige Strukturen (z.B. N. facialis, Chorda tympani) zu schädigen. Um die dafür erforderliche hohe Genauigkeit zu erreichen, werden aktuell verschiedene Bohrführungen erforscht, die mit dem Schädel verschraubt werden. Prozess- und Interaktionskräfte, die bei der assistierten linearen Bohrung auftreten, spielen bei der technischen Auslegung eine entscheidende Rolle.Material und Methoden: An Kunstknochenblöcken (Sawbones), die dem menschlichen Schädel nachempfunden sind, wurden durch einen erfahrenen CI-Chirurgen linear geführte Tiefenbohrungen durchgeführt. Die Blöcke wurden fixiert, die Bohrungen erfolgten in ein oder zwei Schritten (Vorbohrung, Hauptbohrung) mit Hilfe von verschiedenen Typen von Bohrern (Lindemannfräser, Tieflochbohrer mit/ohne Pilotbohrung) und unter verschiedenen Drehzahlen. Aufgetretene Prozess- und Interaktionskräfte wurden unter Verwendung eines speziell entwickelten Versuchsaufbaus mit zwei Kraft-/Momentsensoren aufgezeichnet.Ergebnisse: Die maximalen Interaktionskräfte senkrecht zur Bohrachse lagen bei 13 N. Das maximale Interaktionsmoment wurde mit 730 Nmm um die Bohreraufhängung gemessen. Das Prozessdrehmoment um die Bohrachse nahm beim Craniotomiefräser in der Tiefe stärker zu als beim Tieflochbohrer, was auf einen schlechteren Abtransport der Späne zurückzuführen ist. Der Maximalwert lag bei 140 Nmm.Schlussfolgerung: Die gemessenen Kräfte und Momente müssen vom Assistenzsystem kompensiert werden, um Abweichungen bei der Bohrung zu verhindern. Dabei ist auch die Auswahl eines geeigneten Bohrers zu berücksichtigen.Der Erstautor gibt keinen Interessenkonflikt an.