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Roboter-assistierte Chirurgiesysteme bieten im Gesundheitswesen eine wachsende und rentable Anlagenische

Es ist schwer vorstellbar, dass die Wissenschaft die Grenzen der Medizin noch weiter ausreizen könnte als mit Organtransplantationen, In-vitro-Verfahren und per 3-D-Druck hergestelltem Gewebe. Die roboter-assistierte Chirurgie ebnet jedoch den nächsten Schritt in die Zukunft.

Dr. Russell Taylor ist ein John-C.-Malone-Professor an der Johns Hopkins University, einer der renommiertesten Forschungseinrichtungen der USA. Dr. Taylor ist international als «Vater der Medizinrobotik» anerkannt und wurde als einer der globalen Vordenkern für seinen Beitrag zu einer neuen Technologiegeneration mit dem Honda-Preis ausgezeichnet(andere Preisträger sind z. B. Benoit Mandelbrot und Carl Sagan).

Dr. Taylor ist zuversichtlich, dass die nächste Generation roboter-assistierter Chirurgiesysteme innerhalb der kommenden fünf bis zehn Jahre zum Alltag gehören wird. «Das wird nicht von heute auf morgen passieren», erklärt er. «Es ist ein Entwicklungsprozess, der aber sehr schnell voranschreitet.»

Eine mehrjährige Kooperation zwischen Forschern der Johns Hopkins University, der Carnegie Mellon University und der Vanderbilt University sorgt für einen Wandel, der intelligente Assistenzroboter aus dem Labor und in den Operationssaal holen wird. Finanziert wird das Projekt von der National-Robotics-Initiative der National Science Foundation in den USA. Ziel der Initiative ist die Förderung symbiotischer Partnerschaften zwischen Mensch und Maschine.

Die Entwicklung hin zur roboter-assistierten Chirurgie

Die historische Entwicklung chirurgischer Verfahren hatte ihre Höhen und Tiefen, aber jede Wachstumsphase brachte grundlegende Veränderungen hervor. Mitte des 19. Jahrhunderts beispielsweise sorgte die Verbreitung der Anästhesie und offener Eingriffe dafür, dass die Blutegeltherapie und Amputationen unter Whiskey-Einfluss endgültig der Vergangenheit angehörten.

Weniger schockierend, aber ebenso revolutionär, war der Übergang zur minimalinvasiven Chirurgie in den 1980er-Jahren. Verfahren wie etwa Laparoskopien und Endoskopien erfordern keine grossen Schnitte mehr. Sie verringern die Infektionsgefahr, beschleunigen die Genesung, sind mit geringeren Kosten verbunden und haben eine höhere Erfolgsquote.

Es gibt jedoch inhärente Grenzen, die eine breite Anwendung minimalinvasiver Verfahren nach wie vor verhindern. Diese Einschränkungen betreffen unter anderem das fehlende Tastgefühl, ein beschränktes Sichtfeld und die geringere manuelle Flexibilität des Chirurgen.

Für viele Operateure sind Roboter im Laufe des letzten Jahrzehnts zum bevorzugten Instrument für minimalinvasive Eingriffe avanciert. Dank des ferngesteuerten Verfahrens können sich die Chirurgen auf einem Bedienfeld Echtzeitbilder anzeigen lassen. Durch die virtuelle Bearbeitung dieser Bilder initiiert der Chirurg dann die Bewegungen des Roboters. Der Roboter wiederum bewegt die Instrumente gemeinsam mit dem Chirurgen, allerdings in einem kleineren und präziseren Massstab. Diese erste Generation der robotergestützten Chirurgie hat bereits signifikante Vorteile mit sich gebracht. Das Tastgefühl gehört allerdings nicht dazu.

Nach Aussage von Dr. Taylor ist der Fortschritt aber nicht mehr aufzuhalten: «Mit Hilfe der Robotiksysteme können die Chirurgen viele sensomotorische Einschränkungen überbrücken, die in der modernen Chirurgie häufig anzutreffen sind.»

Seit kurzem können Roboter die Kräfte, die während eines minimalinvasiven Eingriffs von den Instrumenten auf das Gewebe ausgeübt werden, wahrnehmen und interpretieren. Das ist ein entscheidender Fortschritt, denn die Kraftrückmeldung ist ein wesentlicher Bestandteil der Abtastung eines Organs und der Erkennung bzw. Lokalisierung eines Tumors.

Robotergestützte Palpationstechniken werden zu einer schnelleren Genesung und einer genaueren Lokalisierung von Organanomalien beitragen. Obwohl diese Methoden zurzeit noch explizit programmiert werden müssen, könnten die Roboter irgendwann in der Lage sein, taktile Techniken durch Erfahrung zu «erlernen».

Forscher an der Carnegie Mellon University, die an der Weiterentwicklung computerintegrierter Chirurgiesysteme beteiligt sind, konzentrieren ihre Bemühungen zurzeit auf die Geschicklichkeit flexibler Robotiksysteme. Dieses Flex®-Robotiksystem, das oft unter der anschaulicheren Bezeichnung «Schlangenroboter» diskutiert wird, ist ein äusserst gewandtes und bewegliches Robotersystem, das 2014 das europäische EC-Prüfzeichen erhielt und 2015 von der US-Arzneimittelbehörde zugelassen wurde.

Die Erfolgsgrundlage, betont Dr. Taylor, ist die dreigleisige Partnerschaft aus Chirurg, Technologie (oder Roboter) und den Informationen, die vor und während des Eingriffs gesammelt werden. Ohne diese Informationen ist das System unvollständig, da sowohl der Roboter als auch der Chirurg auf diesen stetigen Datenstrom angewiesen sind, um Entscheidungen zu treffen, die den optimalen Operationserfolg gewährleisten.

Anlagen in roboter-assistierte Chirurgiesysteme

Nach Angaben der Lancet Commission on Global Surgery1 unterziehen sich jedes Jahr mehr als 10 % der Bevölkerung in der Europäischen Union einem chirurgischen Eingriff. Das US-amerikanische Center for Disease Control schätzt diese Zahl in Bezug auf die US-Bevölkerung auf eher 15 %.2 Daraus ergeben sich insgesamt fast 125 Millionen chirurgische Verfahren pro Jahr. Im Zuge des technologischen Fortschritts wird diese Entwicklung zweifellos zur kontinuierlichen Verlagerung von stationären, offenen Eingriffen hin zur minimalinvasiven Chirurgie führen.

Dank der offenen Forschungsprojekte, die in den USA, in Grossbritannien, Korea, Ungarn und in einigen anderen Ländern betrieben werden, schreitet die Weiterentwicklung computergestützter Chirurgiesysteme sicherlich rasch voran - eine Win-win-Situation für alle Beteiligten.

Die Patienten werden von geringeren Operationsrisiken, besseren Ergebnissen und kürzeren Genesungszeiten profitieren. Die Kliniken können ihre Ressourcen effizienter einsetzen und haben einen entsprechend geringeren Kostenaufwand.

Die Geschichte hat gezeigt, dass die chirurgischen Methoden immer weiter verbessert werden. Gleichzeitig bietet sich die Gelegenheit, durch Anlagen an der Erfolgswelle teilzuhaben, die Start-up-Unternehmen für medizinische Geräte, bestehende Anbieter von Chirurgierobotern und die Architekten künstlicher Intelligenz derzeit erfasst.

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Quellen

1 Die Weltbank, Lancet Commission on Global Surgery (2012): Number of surgical procedures. Kann abgerufen werden unter: http://data.worldbank.org/indicator/SH.SGR.PROC.P5?locations=EU.

2 Center for Disease Control, National Center for Health Statistics (2016): Kann abgerufen werden unter: https://www.cdc.gov/nchs/index.htm

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