Computergestützte Chirurgie Werden uns in Zukunft Roboter operieren?

Ein Roboter mit Skalpell? Für die meisten Menschen dürfte das eine befremdliche Vorstellung sein. Dabei ist der Kollege aus Stahl schon jetzt zum unverzichtbaren Helfer für Chirurgen geworden.
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Ein da Vinci-Roboter der neuen Generation in der Berliner Charité:  Roboter haben mittlerweile ihren festen Platz im OP-Saal. Quelle: imago/Thomas LebieImago

Ein da Vinci-Roboter der neuen Generation in der Berliner Charité: Roboter haben mittlerweile ihren festen Platz im OP-Saal.

(Foto: imago/Thomas LebieImago)

Dass ein Kollege von R2D2 das Skalpell über den eigenen Körper schwenken könnte, ist für die meisten Menschen eine befremdliche Vorstellung, die in die fabelhafte Welt der Science-Fiction gehört. Tatsächlich aber ist es bereits zwei Jahrzehnte her, dass ein Roboter sein Debüt in einem realen Operationssaal gab. Und zwar in Gestalt von Robodoc, einem angepassten Industrieroboter, den die amerikanischen Firma Integrated Surgical Systems (ISS) zusammen mit IBM entwickelt hatte. Die knapp mannshohe Maschine mit Schwenkarm nahm rechnergestützt die zur Implantation von künstlichen Hüftgelenken notwendigen Fräsungen des Knochens vor. Bei der herkömmlichen Methode dagegen musste der operierende Chirurg die Fräsungen mit Geräten und Feilen per Hand vornehmen.

In den USA erhielt der Robodoc als System damals keine Zulassung, wurde 1996 aber in Europa erlaubt. So setzten auch einigen Kliniken in Deutschland Robodoc bei Hüftoperationen ein, tausende Patienten in Deutschland wurden operiert. Nachdem aber immer mehr Zwischenfälle – darunter ernsthafte Muskel und auch Nervenverletzungen - bekannt wurden, geriet  Robodoc immer stärker unter Beschuss und verschwand in Europa fast vollständig von der Bildfläche.

Große Innovationen der Medizintechnik
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Die Entdeckung der „X-Strahlen“ im Jahr 1895 führten den deutschen Physiker Wilhelm Conrad Röntgen zum Nobelpreis. Seine revolutionäre Entdeckung machte er nur zufällig bei einem Experiment mit einer Kathodenstrahlröhre. Ein Jahr später, 1896, bauten die Niederländer Heinrich Hoffmans und Lambertus van Kleef in Maastricht eines der ersten Röntgengeräte.

Arztpraxen werden auf Fehler durchleuchtet
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Der erste Herzschrittmacher wurde 1958 bei einem Patienten in Stockholm eingesetzt, nachdem es gelang ein Gerät zu entwickeln, das klein genug war. Damals mussten die Herzschrittmacher allerdings noch täglich extern neu aufgeladen werden. Heute halten sie viele Jahre, bevor ihre Batterien ausgetauscht werden müssen.

Schlaganfall bei Kindern
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Der Magnetresonanztomograph, kurz MRT, hilft Ärzten dabei, sich die Organe eines Patienten ohne eine Operation ansehen zu können. Zunächst verbreitete sich die Technik in den Bereichen der Physik und Chemie. Abgebildet wurden beispielsweise flüssigkeitsgefüllte Modelle. Ab Mitte der 1970er Jahren wurde die Technik auch für die Untersuchung von Menschen genutzt. 1981 wurde die Kernspintomographie schließlich klinisch eingeführt.

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Bei den Fortschritten im Bereich der MR-Tomographie geht es vor allem darum, bei den Patienten Stress und Ängste zu reduzieren. Eine neue Technologie macht die Untersuchung des Kopfes in der Röhre nahezu lautlos – und das bei hoher Bildqualität. Das dumpfe laute Klopfen, das mit bis zu 120 Dezibel die Lautstärke eines startenden Düsenflugzeugs erreichen kann, weicht einem kaum noch wahrnehmbaren Geräusch.

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Patienten können sich heute sogar ihre eigene Entspannungswelt aufbauen: Mit Hilfe eines über einen Tablet-PC steuerbaren Systems werden während der MR-Tomographie beruhigende Naturaufnahmen an der Zimmerdecke gezeigt, dazu kommen Musik und Lichtfarben. Das Spektrum reicht vom gemütlichen Platz am Kamin über die Südseeinsel Tahiti bis hin zum Comic für Kinder – was auch immer dem Patienten am besten dabei hilft, den Stress zu reduzieren.

Berlin, Arzt beurteilt Roentgen-und CT-Aufnahmen
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In den 1960er Jahren arbeitete der britische Elektrotechniker Godfrey Hounsfield an der Entwicklung der ersten Prototypen für die Computertomographie, bei der Röntgenstrahlen das Körpergewebe durchdringen und dreidimensionale Computerbilder produzieren. Die erste CT-Aufnahme an einem Menschen erfolgte schließlich im Jahr 1971. Und schon ein Jahr später entschied sich das Londoner Atkinson Morley Hospital für eine Anschaffung des ersten kommerziellen Gerätes.

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Mathematik ist in der CT-Bildgebung der Schlüssel zu besserer Bildqualität - aber auch zur Dosisreduktion. Die sogenannte modellbasierte iterative Rekonstruktion, ein mathematisches Verfahren zur Auswertung der Bilddaten, ist ein wichtiger technischer Meilenstein, den bis heute nur ein Hersteller vollzogen hat.

Für die Strahlendosis eines CT-Unterbauchscans fallen mit dieser Technik lediglich 0,2 Millisievert (mSv) an. Zur besseren Verdeutlichung: Auf einem Langstreckenflug von Berlin nach New York ist ein Passagier einer natürlichen Umgebungsstrahlung von 0,032 – 0,075 mSv ausgesetzt. 

* 1 Flug entspricht durchschnittlich 0,06 mSv (Helmholtz-Center)
** mit VEO, gemäß EUR - 16262 EN

Trotz dieser Ernüchterung über eine neue Technologie im Operationssaal haben Roboter mittlerweile einen festen Platz im OP gewonnen. Allerdings in der Rolle des Assistenten, denn die Erfahrung der Chirurgen und ihre Fähigkeit, auf Komplikationen und nicht erwartete Ereignisse während einer Operation schnell reagieren zu können, wird auch in Zukunft nicht durch Maschinen ersetzt werden können.

Der Einsatz der Roboter beginnt bei der perfekten Vorbereitung der Operation wie der Vermessung der zu operierenden Körperregion mit Hilfe der Computertomographie. Beim Eingriff dann errechnen Computer dreidimensionale Bilder und eine Kamera und Reflektoren an den Instrumenten überwachen die genaue Positionierung. Auch Roboter, die die Schnittführung der Chirurgen kontrollieren können, gibt es inzwischen. Denn die Maschine hat den Vorteil, dass sie keine Reaktionsverzögerung, keine Schrecksekunde wie der Mensch hat. Bei einem falschen Schnitt stellt sich die Maschine aus. In der Gehirnchirurgie dämpfen Computer das natürliche Zittern der Hand des Chirurgen und reduzieren so die Gefahr angrenzende Zentren zu reduzieren.

Die Anfänge der Medizinrobotik liegen im amerikanischen Militärwesen. Man wollte verwundete Soldaten oder sogar Astronauten auf Distanz mit Robotern operieren, kam jedoch wegen der weiten Übertragungswege rasch an die Grenzen des technischen Machbaren. Der Einzug der Roboter in den OP war dennoch nicht aufzuhalten, ergab sich doch unter anderem die Chance, die Möglichkeiten der offenen Chirurgie auf minimal-invasive Techniken (Schlüssellochmedizin) zu übertragen.

Bei der computergestützten Chirurgie kann der Operateur den Computer ferngesteuert führen oder auch stationär mit der Hand lenken. Aber es gibt auch unter Aufsicht gesteuerte Systeme, wo der Roboter vorprogrammierte Befehle umsetzt und die Operation ausschließlich ausführt. In der Radiochirurgie schließlich, eine Form der Strahlentherapie, unterstützen Robotersysteme die Behandlung unter anderem, indem sie die Abgabe der Strahlenbündel auf einen Tumor genau positionieren.

Für die Operateure ist klar, dass die computerunterstützte Chirurgie der Beginn einer Revolution ihrer Tätigkeit ist. Der Kollege aus Stahl ist schon jetzt zum unverzichtbaren Helfer geworden.

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