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Medizinroboter: Dr. Roboter, bitte zur OP!

Aufmacherbild: (C) DLR, CC-BY 3.0

Ein Roboter operiert einen medizinischen Notfall – eine Szene wie aus einem Science-Fiction-Film? Die Fiktion ist längst Realität, denn als OP-Helfer gehören Medizinroboter weltweit zum Alltag in unzähligen Kliniken. Groß wie ein Kleinwagen oder winzig wie Fäden, erweitern sie als Assistenzroboter die Möglichkeiten der Ärzte immens – und revolutionieren die Art, wie wir Menschen „reparieren“. 

Nur „Robodoc“ werden wir den künstlichen Arzt wohl nie nennen. Den gab’s nämlich schon mal – und er war alles andere als erfolgreich: Vor gut einem Vierteljahrhundert sollte das Robodoc-System, das auch mehr als 100 Kliniken in Deutschland angeschafft hatten, beim Einsetzen von Hüftgelenk-Prothesen helfen. Der schnelleren Heilung standen leider viele „Kunstfehler“ gegenüber, weshalb man bald zu dem Schluss kam, dass diese Art von Assistenzroboter noch nicht ausgereift genug war.

Der Name allerdings würde auch den heutigen Systemen gut zu Gesicht stehen. Auch wenn sie (noch) kein selbsttätig denkender und eigenverantwortlich entscheidender „Arzt-Ersatz“ sind: Aus heutigen Kliniken sind die modernen OP-Helfer nicht mehr wegzudenken. Allein im Jahr 2013 sind laut der Studie „World Robotics: Service Robots 2014“ weltweit gut 1300 Medizinroboter angeschafft worden, im Durchschnitt für jeweils 1,5 Millionen Dollar. Und das, nachdem 2012 schon fast eine halbe Million Prozeduren mit Medizinrobotern erfolgten – wobei die Zahl seitdem noch deutlich nach oben gegangen sein dürfte.

Medizinroboter haben eine Menge Vorteile

Den meist hohen Anschaffungs- und Betriebskosten stehen so viele positive Aspekte gegenüber, dass die rasante Entwicklung auf dem Robotikmarkt nicht überrascht. Je nach System und Eingriff operieren die Chirurgen schneller und entspannter, verspüren die Patienten meist weniger Schmerzen, Blutverlust und Transfusionen sind geringer, und die Erholungszeit ist deutlich kürzer.

Generell werden durch OP-Roboter kleinste Schnitte mit höchster Präzision möglich – indem die Bewegungen des Arztes auf eine andere Größenordnung umgerechnet werden. So wird aus einem „menschlichen“ Zentimeter an der Steuerkonsole ein winziger „robotischer“ Millimeter am Patienten. Und Kollege Roboter reagiert auch viel schneller, um etwa bei der Schnittführung des Chirurgen den Patienten vor Schäden zu bewahren.

In Zukunft wird selbst der Joystick der Steuerkonsole einen Nachfolger erhalten: die Navigation über Gesten – berührungslos und damit im Sinne der bei einer OP so wichtigen Sterilität. Über Handbewegungen in der Luft kann der Chirurg am Monitor zum Beispiel vom Röntgenbild zu MRT-Bildern wechseln. Das Berliner Unternehmen How to organize hat sogar schon eine Lösung entwickelt, über die man Bilder und Videos per Handbewegung markieren und vergrößern kann.

Noch Zukunftsmusik, aber geradezu sensationell ist diese Vorstellung: Damit ein schlagendes Herz operiert werden kann, wird der Roboter so gesteuert, dass die Bewegungen seiner Arme synchron zu den Herzschlägen erfolgen. Der Chirurg an der Steuerkonsole hätte es quasi mit einem ruhenden Herz zu tun!

„Das Wenigste im OP wird heute noch per Hand gemacht, Ärzte haben heute für alles Geräte. Warum nicht auch für die Operation selbst?“
(Alin Albu-Schäffer, Direktor des Instituts für Robotik und Mechatronik am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt)

Medizinroboter: Der Ausgereifte

Mehr als 50 Kliniken in Deutschland haben es, in den USA sogar weit über 1400: Das Robotiksystem „Da Vinci“ der Firma Intuitive Surgical ist derzeit das einzige mit breiter internationaler Zulassung. Ursprünglich entwickelt in den Achtzigern von der US-Armee für den Einsatz in Krisengebieten, verbreitete sich das System in der zivilen Anwendung rasant. Heute werden etwa in den USA über 80 Prozent aller Prostata-Operationen mit Da-Vinci-Systemen durchgeführt.

Der Medizinroboter Da Vinci ist derzeit das einzige System mit breiter internationaler Zulassung. (C) Intuitive Surgical
Der Medizinroboter Da Vinci ist derzeit das einzige System mit breiter internationaler Zulassung. (C) Intuitive Surgical

Wie ein verlängerter Arm – von denen er ganze vier hat – führt er die Bewegungen des Chirurgen aus, die dieser über eine Steuerkonsole vorgibt. Da Vinci gleicht unerwünschte Bewegungen wie Händezittern aus und stellt über ein 3D-Kamerasystem auch feine Strukturen wie Nerven und Gefäße genau dar. Wie das funktioniert, hat der MDR in der Urologie der Uniklinik Jena im folgenden 3,5-minütigen Beitrag dokumentiert:

Medizinroboter: Der Herausforderer

Der Konkurrent zu Da Vinci heißt „Miro“: Das Institut für Robotik und Mechatronik des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) will ebenfalls offene Operationen überflüssig machen, indem es minimal-invasive Eingriffe von einem Roboter ausführen lässt – jedoch noch präziser und mit neuen Innovationen. Zum Beispiel lässt sich Miro so programmieren, dass bestimmte Körperbereiche nicht in Gefahr geraten können. „Selbst wenn die Hand des Arztes am Controller ausrutscht, würde der Roboter diese Bewegung nicht mitmachen, sondern im vorgegebenen OP-Bereich bleiben“, erklärt Alin Albu-Schäffer, Direktor des DLR-Instituts.

Dank einer Fernsteuerung mit Kraft-Rückkopplung spüre der Arzt, wie viel Kraft er anwende und wo es Widerstände gebe. „Viele Ärzte haben uns gesagt, wie wichtig es ihnen ist, den Patienten nicht nur zu sehen, sondern auch abzutasten. Als Chirurg fährt man manchmal einfach mit dem Finger über eine Stelle, um Verhärtungen zu erkennen. Wir haben den Roboter so gebaut, dass er das auch kann.“

Zwei Videos des DLR zeigen Miro im theoretischen Einsatz – einmal Schritt für Schritt und ohne Audio, zum anderen mit Kommentierung durch einen Experten des DLR-Instituts.

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Medizinroboter: Der einarmige Helfer

Es geht auch weniger „robotisch“, einfach in Form einer dritten Hand, die den Operateur unterstützt: Das nur handgroße „Renaissance“-System der Firma Mazor Robotics fährt seinen Roboterarm inklusive OP-Instrumente auf Wunsch bis zu einer programmierten Position – das aber so präzise und zum Schluss absolut bewegungslos, dass der Arzt genauer operieren kann:

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Medizinroboter: Der wendige Dünne

Für ihn gibt es noch keinen Namen, aber für seine Gattung im Allgemeinen. So genannte „Kontinuumsroboter“ sind winzig klein und können mit tentakelartigen Armen aus mehreren superelastischen Röhrchen auch schwer zugängliche Räume minimalinvasiv erschließen. So eröffnen sich völlig neue Möglichkeiten für Operationen – zum Beispiel für eine Hirntumor-Operation durch die Nase. Im Durchmesser ist ein solcher Kontinuumsroboter gerade mal 1-2 mm groß.

Auch ein Medizinroboter, aber ein winzig kleiner: Kontinuumsroboter können bis ins Gehirn vordringen. (C) Screenshot der Webseite des Lehrstuhls für Kontinuumsrobotik der Uni Hannover / www.lkr.uni-hannover.de
Auch ein Medizinroboter, aber ein winzig kleiner: Kontinuumsroboter können bis ins Gehirn vordringen. (C) Screenshot der Webseite des Lehrstuhls für Kontinuumsrobotik der Uni Hannover / www.lkr.uni-hannover.de

„Im Vergleich zur klassischen Robotik erfolgt bei Kontinuumsrobotern keine Verbindung diskreter Gelenke und starrer Verbindungen, vielmehr entstehen zumeist flexible Rückgratstrukturen“, erklärt das Mechatronik-Zentrum der Leibniz Universität Hannover auf seiner Webseite. „Bionisch inspiriert von Elefantenrüsseln, Schlangen oder Tentakeln, zeichnen sich Kontinuumsroboter durch ihre hohe Gewandtheit und Manipulierbarkeit aus.“

Ein 45-sekündiges Video des Mechatronik-Zentrums verdeutlicht die Funktionsweise der „Tentakeln“, die aus einer Formgedächtnislegierung bestehen.

An der besonderen Beschaffenheit der Kontinuumsroboter für die erforderliche Gelenkigkeit forscht in Hannover die mehrfache Wissenschafts-Preisträgerin Jessica Burgner-Kahrs – die hier in einem vierminütigen Audio-Interview fürs Deutschlandradio über ihre Forschung berichtet.

Herr Robodoc kümmert sich um Ihren Körper

Übrigens: Die „taz“ berichtete im vergangenen Jahr, dass der finanzielle Mehraufwand für Operationen mit Medizinrobotern bisher noch nicht honoriert werde. An ihrem Einsatz führe jedoch kein Weg vorbei, meint Sophie Lantermann, Robotikexpertin am DLR:

„Die aktuelle Entwicklung erinnert etwas an die Einführung des Automobils. Am Anfang war man mit dem Pferd deutlich günstiger und zuverlässig unterwegs. Irgendwann wurden die Autos zu einer Lebenserleichterung, auf die man ungern verzichtete.“

Und wer weiß, ob nicht schon zur Mitte unseres Jahrhunderts Medizinroboter eine Operation selbsttätig durchführen werden – vom großen „Da Vinci reloaded“ bis zu ultrakleinen Nano-Robotern für überschaubare medizinische Aufgaben direkt im Körper. Vielleicht muss dann „Herr Robodoc“ gar nicht erst zur OP gerufen werden.

„Das Ziel ist ein verzahntes Miteinander von Personal und Technik, um jede Operation zum bestmöglichen Ergebnis zu führen. Operateure können und sollen durch automatisierte Systeme nicht ersetzt werden.“ (Jörg Raczkowsky, Arbeitsgruppe „Medizinische Robotik“ am Karlsruher Institut für Technologie)

Autonomer Medizinroboter: Schwein gehabt

Doch in den USA ist das schon gelungen: Das Children’s National Health System in Washington DC präsentierte den Prototypen eines autonom operierenden Medizinroboters, der selbstständig Gewebeschnitte durchführen kann. Im Test führte er eine Darm-OP an einem Schwein durch – zwar bisher langsamer als der menschliche Kollege, aber genauso komplikationsfrei und teilweise sogar noch präziser.

 

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