Das roboterbasierte Operationssystem MiroSurge von DLR-Forschern.

Auch das DLR forscht an roboterbasierten Operationssystemen. Hier das System MiroSurge, das von den DLR-Forschern entwickelt wurde. - Bild: DLR

| von Sebastian Moser

In der Industrie ist der Siegeszug der Roboter ungebrochen. Aber würden Sie sich im Operationssaal eines Krankenhauses bei einem Roboter unters Messer legen? Immer mehr Menschen tun das. Und das schon länger: Bereits in den 1980er-Jahren entwickelte das US-amerikanische Unternehmen Intuitive Surgical den OP-Roboter 'Da Vinci'.

Mittlerweile sind alleine in den USA über 1.400 dieser Systeme im Einsatz und auch in Deutschland verfügt beinahe jede Universitätsklinik über einen der stählernen Chirurgen. Typische Anwendungsfelder sind minimalinvasive urologische und gynäkologische Eingriffe.

Neben den klassischen Vorteilen der minimalinvasiven Chirurgie, wie kleine Schnittwunden, geringer Blutverlust und eine schnellere Wundheilung, soll insbesondere der Operateur von der komfortablen Bedienung profitieren. Der Chirurg sitzt abseits des Patienten an einem Bedienterminal und steuert die Bewegungen der robotergeführten Instrumente hochgenau und dank Übersetzung besonders feinfühlig.

Menschengesteuerter Roboter

Kritiker bemängeln die hohen Kosten des Systems, die je nach Ausführung bei über 2 Mio US-Dollar pro System liegen können. Obwohl das System auf Robotern basiert, handelt es sich dabei eigentlich um keinen Roboter.

Es agiert nicht autonom auf Basis von Programmen, sondern wird per Menschenhand gesteuert. „Wird ein Roboter direkt durch die Eingabe des Menschen gesteuert, spricht man von einem Manipulator. Diese Differenzierung gab es in der Medizintechnik lange nicht, sie ist aber seit einigen Jahren per Norm festgeschrieben“, erklärt Prof. Jan Stallkamp vom Fraunhofer IPA.

Warum ist der Einsatz von programmgesteuerten 'echten' Robotern in der Chirurgie ein Problem? „Weil jeder Mensch anatomisch anders ist und bei einer Operation nicht genau positioniert werden kann“, weiß Michael Otto, Leiter der Division Healthcare & Advanced Robotics beim Roboterbauer Kuka.

Roboterbasierte Systeme im OP

Mann führt Medical Assistant von Kuka vor
Der Medical Assistant von Kuka wurde speziell für chirurgische Applikationen entwickelt. Er wird per Hand geführt. - Bild: Kuka

Zudem sei der Körper auch bei Operationen immer leicht in Bewegung, beispielsweise durch Herzschlag und Atmung. Dazu kämen ungeplante Zwischenfälle während der Operation. „Ich bin selbst einige Male im Operationssaal dabei gewesen und habe gesehen, dass es dabei ziemlich hektisch werden kann. Ein Mensch ist nun mal kein genormtes Bauteil. Obwohl wir daran arbeiten, dem Roboter Sinne zu geben“, so Otto. Für zumindest denkbar hält er Systeme, die Atmung und Herzschlag über externe Sensoren erfassen und kompensieren.

Roboter seien bereits heute über eingebaute Gelenkmomentensensoren sehr feinfühlig. „Zusätzlich bieten die schon seit Langem für Operationen eingesetzten Navigationssysteme eine weitere Unterstützung für den Einsatz von Robotern. Diese Navigationssysteme lassen sich mit einem Roboter kombinieren und eröffnen so neue Möglichkeiten.

Zur Erfassung der Ist-Position des Patienten werden dann Marken auf dem Knochen angebracht, auf die sich der Roboter beziehen kann“, erklärt Otto. Auch gebe es roboterbasierte Systeme, bei denen der Patient beispielsweise in einem Röntgen- oder CT-Gerät richtig positioniert wird. „Grundsätzlich gilt, dass Roboter in der Chirurgie die Königsdisziplin in der Medizintechnik sind“, glaubt Otto.

Medizintechnik bei Kuka

Die Strategie der Kuka-Division Healthcare & Advanced Robotics ist es, die Bereiche Healthcare und die Kooperation zwischen Mensch-Roboter-Patient-Arzt zusammen zu bringen. Dazu sucht Kuka medizintechnische Unternehmen, mit denen gemeinsame Lösungen entwickelt werden.

Kuka selbst vermarktet diese Lösungen nicht. Die Vermarktung erfolgt durch den Partner und dazu gehört auch die Gesamtzulassung (CE) der neuen Lösung. Aufgabe von Kuka ist die Einbindung des Roboters in die medizinische Applikation.

Das Team bei Kuka besteht aus vierzig Mitarbeitern, von denen 25 im Bereich Forschung und Entwicklung tätig sind. Darunter befinden sich viele Mitarbeiter, die aus der medizintechnischen Forschung kommen. Die Abteilung wurde vor drei Jahren gegründet.

Kürzere Op-Zeiten durch Chirurgie-Roboter möglich

Op-Manipulator Da Vinci, ein Roboter, der vom Operateur gesteuert wird.
Eigentlich handelt es sich bei dem System Da Vinci um keinen Roboter, sondern um einen Manipulator. Die Roboter agieren nicht autonom, sondern werden vom Operateur gesteuert. - Bild: Intuitive Surgical

Bestimmte Prozesse während einer Operation zumindest teilweise per Roboter automatisieren will das Team rund um Stallkamp. Bei der Biopsie kommen Katheter oder Nadeln zum Einsatz, um Gewebeproben zu entnehmen oder bestimmte Behandlungen durchzuführen. Auch Tumore lassen sich mit dieser Methode punktgenau bestrahlen. „Für die Positionierung der Nadel oder des Katheters wollen wir künftig Roboter einsetzen.

Die Intervention soll dabei halbautomatisch erfolgen. Die genauen Daten für die Positionierung erhält der Roboter über einen Computertomographen, der ebenfalls von einem Roboter gesteuert wird“, erklärt Stallkamp. Aus dem daraus erzeugten dreidimensionalen Datensatz des Körpers lasse sich jeder Punkt genau auswählen.

Das herkömmliche Setzen einer solchen Nadel oder des Katheters dauere bis zu 45 Minuten. „Mit unserem roboterbasierten System könnten wir das in fünf Minuten schaffen“ berichtet Stallkamp. Dazu müssten jedoch die Prozesse im Operationssaal entsprechend verändert werden.

OP-Saal keine Produktionsstraße

Für eine lückenlose Datenerfassung müsse das CT um den Patienten rotieren. Das sei im Operationssaal heute noch schwierig, weil der Patient an vielen Kabeln hängt. „Es ist auch problematisch, weil es in einem Operationssaal recht hektisch und teilweise chaotisch zugehen kann.

Wir müssen dafür also einen eigenen Interventionsraum konzipieren“, weiß Stallkamp. Im OP-Saal passiere auf relativ engen Raum das, was in der Industrie in einer ganzen Produktionsstraße passiert. In einer Produktionsstraße lassen sich die Aufgaben auch räumlich gut verteilen. Das geht im OP nicht. Es gehört deshalb zu den Grundlagen, an einer praxisgerechten Verkabelung und geeigneten Systemen zur Kollisionsvermeidung zu arbeiten.

Stallkamp zur Zeitschiene: „Wenn wir heute den Auftrag für ein robotergesteuertes System einschließlich der Konzeption eines entsprechenden OP erhalten würden, wären wir in zwei bis drei Jahren fertig.“ Ebenfalls wagt er einen Blick in die ferne Zukunft: „Chirurgie-Roboter werden kleiner werden. Es wird bereits an Robotern geforscht, die einen Durchmesser von fünf Millimetern und eine Länge von zwei Zentimetern haben. Solche Roboter können dann direkt im Körper agieren.“