Computerassistierte Chirurgie

Potenziale chirurgischer Roboter in der Medizintechnik

| Redakteur: Peter Reinhardt

Roboter sind auch in der Medizinbranche immer weiter auf dem Vormarsch.
Roboter sind auch in der Medizinbranche immer weiter auf dem Vormarsch. (Bild: ©AndSus - stock.adobe.com)

Die Möglichkeiten medizinischer Diagnostik und Behandlung werden in Zukunft sehr stark erweitert werden. Lernende und untereinander kommunizierende chirurgische Roboter sind bereits heute Realität. Hier erfahren Sie mehr über Chancen, Möglichkeiten und weitere Aufgaben der Robotik im Krankenhaus.

Roboter in der Medizin sind längst keine technologische Fantasie aus Science-Fiction Filmen mehr. Die Fertigung, Wartung und Reparatur vieler technischer Produkte in der Industrie und in technischen Großanlagen vertrauen schon Jahrzehnte auf computergestützte Robotertechnik, auch als Robotik bezeichnet. So ist es nur zu konsequent, dass chirurgische Roboter auch Einzug in die Operationssäle der Krankenhäuser halten. Eine häufige Verwendung dieser Technologie im medizinischen Bereich sind derzeit chirurgische Roboter. Im engen Zusammenhang damit steht die Erforschung und Integration des sogenannten maschinellen Lernens.

Chirurgische Roboter auf dem Vormarsch

Eigentlich ist eine solche Überschrift schon eine kleine Untertreibung. Chirurgische Roboter haben bereits eine Geschichte, auf die wir zurückblicken können:

Im Jahr 1983 assistierte der erste chirurgische Roboter bei einer Operation in einem Krankenhaus in Vancouver, Kanada. Es war dies der legendäre Arthrobot: Per Sprachbefehl konnte dieser Roboter bei orthopädischen Operationen die zu operierenden Extremitäten eines Patienten sachgerecht halten, nach Wunsch des Operateurs neu positionieren und wieder fixieren.

Noch deutlich spektakulärer war dann im Jahr 2001 die sogenannte Lindbergh-Operation. Durch eingesetzte Telechirurgie wurde ein Patient in Frankreich von einem französischen Chirurgenteam operiert, dass sich dabei in New York befand.

Je mehr das maschinelle Lernen perfektioniert wurde, umso autonomer werden eingesetzte chirurgische Roboter. 2006 führte ein Roboter eine Operation an einem Herzen nahezu eigenständig durch. Dieser chirurgische Roboter bezog sein „Wissen“, dass er für den Eingriff brauchte, aus den Daten von über 10.000 realen Herzoperationen. Schon 2012 wurden in Großbritannien fast 1.600 Prostataektomie-Operationen durch chirurgische Roboter durchgeführt. Dies waren fast ein Drittel aller durchgeführten Prostataektomien im ganzen Land in dem Jahr. Die Erfolgsquote spricht dabei auch für chirurgische Roboter: Sie war leicht besser einzuschätzen als die der menschlichen Operateure.

Die Kriterien zur Beurteilungen eines operativen Erfolges waren unter anderem

  • der Blutverlust bei der OP
  • die danach notwendige Zeit zur Nachbetreuung in der Klinik
  • der Heilungsverlauf und
  • das Schmerzempfinden nach der OP

Wie bei jeder technischen Neuerung muss auch für chirurgische Roboter zunächst einmal Geld investiert werden. Doch je routinierter die neue OP-Technologie eingesetzt werden kann, um so früher wird sie auch helfen, Kosten zu dämpfen. Dies wird möglich sein durch

  • die Verkürzung von Wartezeiten für Patienten
  • die Einsparung von Personal
  • mehr OPs in der gleichen Zeit
  • eine verringerte Klinikzeit nach der OP
  • weniger Komplikationen in Folge der Operation

Was können chirurgische Roboter heute?

Ein sehr einsichtiger und auch spektakulärer Bereich für chirurgische Roboter sind Operationen, die eine extreme Präzision erfordern. So konnten 2016 chirurgische Roboter erstmals im Inneren eines menschlichen Auges die Sehkraft des Patienten komplett wiederherstellen. So werden chirurgische Roboter wohl bald schon zum Klinikalltag gehören.

Das St. Marienkrankenhaus in Siegen hat seit März 2017 das ausgereifteste robotergestützte Assistenzsystem in Deutschland: Nur noch an weiteren drei Kliniken in ganz Europa sind aktuell vergleichbare chirurgische Roboter bereits in Verwendung.

Die bevorzugten Einsatzbereiche für chirurgische Roboter sind Magen- und Darmeingriffe sowie die Operation von Leistenbrüchen. Sowohl Einsatz bei offener als auch bei minimalinvasiver Chirurgie sind so durch Assistenz der Roboter möglich. Sehr perfektionierte bildgebende Verfahren erlauben dem Operateur, bei der Robotik-Chirurgie selbst die kleinsten anatomischen Strukturen wie Nerven und Blutgefäße zu identifizieren und sachgerecht zu versorgen. Auch in seiner gesamten Arbeitsweise profitiert der Chirurg von der neuen Methode: Er kann in ergonomisch perfekter Weise die Operationsarme des Roboters steuern. Hierfür sitzt er selbst einige Meter von dem OP-Tisch entfernt bequem vor einer Steuerungskonsole. Dieser Art Leitstand enthält auch mit den Füßen zu bedienende Pedale. Zugleich hat der Chirurg dennoch per Bildschirm eine unvergleichlich detaillierte Draufsicht über das gesamte Operationsfeld. Jede kleine und ungewollte Bewegung der operierenden Hand oder gar Zittern gehören damit der Vergangenheit an.

Die eingesetzte 3D-Technologie ermöglicht eine sehr realistische Sicht während Operationen, etwa auch in der Körperhöhle. Hierbei steuert der Chirurg die Position und Auflösung der Kamera über Augenbewegung: Dies ist eine sehr hilfreiche Technologie, die die Hände für manuelle Aufgaben freihält und schon länger für Piloten in modernen Kampfjets eingesetzt wird.

Chirurgische Roboter machen so auch neue Bereiche für die Technik der minimal-invasiven Chirurgie möglich:

Entfernung von Tumoren und rekonstruierende Chirurgie wurden aus Sorge um die Qualität bisher in klassischer Technik durchgeführt. Hier wird jetzt gerade in der Gynäkologie und Urologie zunehmend durch chirurgische Roboter ein minimal-invasives chirurgisches Verfahren möglich.

Diese modernsten Formen der Chirurgie bringen so auch den Patienten einige Vorteile:

  • deutlich schnellere OP-Termine
  • eine Verkürzung der Wartezeiten
  • geringerer Blutverlust bei der OP
  • eine schnellere Erholungsphase danach
  • somit kürzere Krankenhausaufenthalte
  • weniger auftretende Komplikationen
  • eine schnellere Abheilung und
  • bessere kosmetische Ergebnisse bei Operationen

Bei dieser Entwicklung, die im Klinikalltag gerade beginnt, ist ein Ende der Möglichkeiten und Einsatzgebiete für chirurgische Roboter noch überhaupt nicht abzusehen.

Chirurgische Roboter in komplexen Systemen

Wie auch in anderen Einsatzbereichen ist die entscheidende Dynamik der neuen Technologie aus Vernetzung geeigneter System zu erwarten. Das Beispiel der autonomen Roboteroperation am Herzen eines Patienten hat gezeigt, dass Informationstransfer wichtig ist. Chirurgische Roboter untereinander verbunden und deren Vernetzung mit Datenbanken kombiniert neue Hochtechnologie mit dem Fundus empirischen medizinischen Wissens. Doch nicht nur für die praktische Arbeit am Patienten ist dies von Nutzen. Ein vernetzter chirurgischer Roboter ist auch in der Lage, seine Funktionalität selbst zu diagnostizieren und bei Bedarf sich selbst zu warten bzw. eine Notwendigkeit dafür anzuzeigen. Störungen können so vorab im Entstehen erkannt und behoben werden. Ein Serviceteam kann so, geographisch beliebig weit von einer Klinik entfernt, für chirurgische Roboter im klinischen Einsatz hilfreichen Support liefern. Gefährliche und kostenintensive Systemstörungen werden so ausgeschlossen.

Auch unterstützende Technologie wird so durch Vernetzung möglich: Spezielle Datenbrillen blenden dem Operateur etwa wichtige Informationen in sein Sehfeld, so dass er seinen Blick immer auf dem einen Monitor, der das Operationsfeld zeigt, ruhen lassen kann. Solche Informationen können sogar Fotos, Videos oder Echtzeitsimulationen sein.

Sämtliche im OP verwendeten Geräte können so über Schnittstellen sinnvoll verbunden werden: Ob Blutgaswerte, Anästhesiedaten, Operationsmikroskope, Röntgentechnik, Robotik-Schneide- und Haltevorrichtungen und vieles mehr bilden eine funktionale Einheit.

Wie man heute aus der Hirnforschung weiß, ist für die Leistungsfähigkeit intelligenter Systeme die Anzahl der möglichen Verschaltungen entscheidend. Dies übertragt eine zutiefst menschliche Fähigkeit auf ein technisches Netzwerk.

Chirurgische Roboter können lernen

Die große und durch praktische Einsätze wachsende Datenmenge erlaubt es den medizinischen Maschinen, aus ihrer empirischen Erfahrung zu lernen und auch neue Schlüsse zu ziehen. Dies kann vor allem die Diagnostik, aber auch die Entwicklung neuer Operationstechniken und -strategien unterstützen. Zugleich erhöht diese Fähigkeit zu lernen die Autonomie: Chirurgische Roboter sind immer weniger auf ein Eingreifen durch das begleitende Personal angewiesen. Es entsteht eine künstliche und dabei auf ein spezielles medizinisches Terrain bezogene Intelligenz.

Spätestens hier ist aber auch wieder der Mensch gefragt: Solche Technologie bedarf eines hohen Standards. Geeignete Auflagen und Kontrollverfahren müssen Qualität und Sicherheit der Technik für chirurgische Roboter garantieren können. Auch ist die technische Kennzeichnung und Zertifizierung solcher vernetzbaren Geräte notwendig. Was theoretisch bereits technisch möglich ist, kann unter Umständen praktisch noch nicht kompatibel sein. Dies gilt besonders dann, wenn Geräte unterschiedlicher Hersteller miteinander verbunden werden sollen. Es gibt dafür weder national noch international verbreitete und vergleichbare Standards. Dies gilt ganz besonders für die realen oder virtuellen Schnittstellen. Dies lässt zurzeit für chirurgische Roboter im Einsatz nur Komplettlösungen oder sogenannte Insellösungen zu.

Natürlich ist auch der Sicherheitsaspekt zu berücksichtigen. Per LAN oder WLAN vernetzte chirurgische Roboter, medizinische Geräte und PC-gestützte Datenbanken müssen gegen unerlaubten Zugriff und Manipulation von außen gesichert sein. Erste verlässliche Möglichkeiten bietet die Technologiegeneration OPC. Hier wird ein M2M Kommunikationsprotokoll erprobt, dass den erforderlichen Sicherheitsstandard zukünftig liefern wird.

Maschinen, Mensch und Medizin – ein Ausblick

Chirurgische Roboter sind der spektakulärste Beitrag der Robotik in der Medizin. Ihr erfolgreicher Einsatz ist durch einzelne zum Teil sehr spektakuläre Beispiele belegt. Auch wenn sogar autonome Operationen von Robotern im OP durchgeführt wurden, wird im Klinikalltag der chirurgische Roboter meist der „verlängerte Arm“ eines menschlichen Chirurgen sein. Die Akzeptanz der Patienten für chirurgische Roboter ist mittlerweile erstaunlich hoch. Dies war vor 15 Jahren noch anders. Aber Aufklärung und zunehmende Alltäglichkeit fördern offensichtlich ein konstruktives Miteinander von Mensch und Maschine.

Es bleiben dennoch Aufgaben, um chirurgische Roboter weiter erfolgreich einzusetzen. Notwendig hierfür ist die Klärung von Fragen

  • der Sicherheit
  • der medizinischen Ethik
  • der Kosten und Rentabilität
  • der Qualitätsstandards und
  • der nationalen und internationalen Standards für Kompatibilität

Dann wird Kollege Roboter im OP bald für medizinisches Personal und Patienten selbstverständlich und alltäglich sein.

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