Chancen der Robotik in der Chirurgie: Werden Roboter die Chirurgen der Zukunft sein?

Robotik in der Chirurgie: die Entstehungsgeschichte

Die ursprüngliche Idee, Roboter für die Chirurgie zu entwickeln, entstand in den 1970er Jahren. Die NASA wollte Roboter entwickeln, die ferngesteuert werden könnten, um Astronauten bei Missionen medizinisch zu unterstützen. Dies scheiterte vor allem an der großen Entfernung zwischen der Erde und den Astronauten im Weltraum, die zu zeitlichen Verzögerungen bei den Operationen führte. Die Idee wurde daher nicht vollständig umgesetzt und es wurden Lösungen für kürzere Entfernungen auf der Erde untersucht.

Wie bei vielen Innovationen gab es auch bei der Robotik für die Chirurgie die ersten Entwicklungen im Militär. In den 1980er Jahren entwickelte das US-Militär erste Prototypen von Robotern, die ferngesteuert werden konnten, um Soldaten zu operieren. Dem Militär war klar, dass roboterassistierte Chirurgie die medizinische Behandlung von Soldaten auf dem Feld ermöglichen und gleichzeitig die Sicherheit erhöhen würde.

Im Jahr 1984 fand schließlich die erste roboterassistierte orthopädische Operation im UBC-Klinikum in Vancouver statt. Die Hauptaufgabe des Roboters mit dem Namen Arthrobot bestand darin, dem Operateur auf Sprachbefehl die chirurgischen Instrumente zu reichen. Ein Jahr später konnten über 60 arthroskopische Operationen mit Arthrobot gezählt werden.

Heute in der Chirurgie eingesetzte Roboter

Das chirurgische System Da Vinci

Seit Arthrobot haben wir einen weiten Weg zurückgelegt, insbesondere mit dem chirurgischen System Da Vinci, mit dem seit seiner Markteinführung im Jahr 2001 weltweit über 7 Millionen Patienten operiert wurden. Es ist eine echte Erfolgsgeschichte, die das amerikanische Unternehmen Intuitive Surgical mit rund 5.500 Da-Vinci-Robotern, die in Krankenhäusern auf der ganzen Welt eingesetzt werden, geschrieben hat. Da-Vinci-Roboter ermöglichen minimal-invasive Eingriffe und werden hauptsächlich für Operationen eingesetzt, die eine hohe Präzision erfordern, die für Menschen nur schwer zu erreichen ist, darunter Prostatektomien, gynäkologische Eingriffe und zunehmend auch kardiovaskuläre Eingriffe (z. B. Mitralklappenreparatur).

Was sind die Vorteile der Roboterchirurgie? In der Tat sind größere Präzision und Geschicklichkeit sowie die Fähigkeit, besonders enge Bereiche zu erreichen, die ersten Vorteile, die einem in den Sinn kommen, wenn man an Operationsroboter denkt. Operationsroboter können aber auch für andere Zwecke eingesetzt werden, z. B. um den Arzt durch das Operationsgebiet zu führen oder zu verhindern, dass der Chirurg empfindliche Bereiche berührt. Auch wenn das Da-Vinci-Operationssystem in vielen Krankenhäusern immer noch der Goldstandard ist, vor allem weil es schon lange im OP eingesetzt wird, haben andere Operationsroboter von Newcomern in der Roboterchirurgie in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen.

Neue Operationsroboter von Unternehmen der Roboterchirurgie

• Robocath hat R-One entwickelt, einen Roboter, der die Bewegungsfreiheit des Chirurgen bei perkutanen Koronarinterventionen (PCI) verbessert. R-One ermöglicht die ferngesteuerte Einbringung und Handhabung von Koronarführungsdrähten und Stent/Ballon-Geräten. Das französische Unternehmen entwickelt auch Instrumente für die Infrastruktur und Schnittstellen, die Fernoperationen ermöglichen. Im Januar 2021 führte Robocath die erste ferngesteuerte vaskuläre Operation in vivo in Europa durch. Mit dieser PCI hat das Unternehmen erfolgreich demonstriert, dass ein Chirurg in Caen ein 120 km entferntes Schwein in Rouen ohne nennenswerte Zeitverzögerung operieren kann. Diese Lösungen, die Operationen aus der Ferne ermöglichen, sind eine unglaubliche Chance für die Beseitigung medizinischer Wüsten.
• Stryker hat Mako entwickelt, einen Chirurgie-Cobot (Roboterarm), der besser vorhersehbare Operationen beim Gelenkersatz und insbesondere am Knie, ermöglicht. Vor der Operation werden präoperative Pläne erstellt, wobei die anatomischen Daten des Patienten in die Software des Roboters einfließen. Mako ermöglicht eine nahezu perfekte, auf die Anatomie des Patienten zugeschnittene Platzierung des orthopädischen Implantats und damit eine schnellere Genesung und langfristig bessere Funktion für den Patienten.
• MedTech hat Rosa entwickelt, das als medizinisches GPS bezeichnet wird. Rosa ist in der Lage, in sehr empfindlichen Bereichen des Gehirns und der Wirbelsäule zu operieren, insbesondere um Biopsien durchzuführen und Elektroden zu implantieren. Dank der verbesserten präoperativen Vorbereitung kann sich der Chirurg selbst vorbereiten und die Bewegungen des Roboters auf den Patienten abstimmen.

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Roboter in der Chirurgie: Was kommt als Nächstes auf die roboterassistierte Chirurgie zu?

Die roboterassistierte Chirurgie ist ein stark wachsender Trend und große Unternehmen wie Johnson & Johnson oder Siemens tätigen große Investitionen in diesem Bereich. Heute können Chirurgen mit Hilfe von Robotern Bereiche erreichen, die für Menschen kaum zugänglich sind. In Zukunft werden Chirurgen mit Hilfe von Nanorobotern in Bereiche vordringen können, die mit anderen Mitteln nicht zu erreichen sind. Viele Arten von Operationen werden davon profitieren, dass diese Operationsroboter in einem noch kleineren Maßstab arbeiten.

Die Neurochirurgie ist ein Bereich, der besonders gut von nanotechnologischen Innovationen profitieren kann. Nanogeräte bereiten den Boden für mehr Präzision und Kontrolle, zum Beispiel bei der Wiederverbindung von Nerven. Neue Entwicklungen von Geräten im Nanomaßstab ermöglichen es, Axone einzeln zu bearbeiten. Diese Schritte zur Wiederherstellung der Verbindung durchtrennter Axone sind für die Wiederherstellung der Funktion von grundlegender Bedeutung.

Ein weiterer Bereich, der von Nanorobotern in der Chirurgie profitieren könnte, ist die Onkologie und insbesondere die Erfassung von Tumorrändern. Durch die Integration von Nanorobotern in Tumorresektions-Operationen kann die Erkennung und Erfassung von Tumorrändern während der Operation erheblich verbessert werden. Die Idee besteht darin, dem Patienten intravaskulär Nanoroboter zu verabreichen, die mit Hilfe von chemischen Sensoren, die so programmiert sind, dass sie unterschiedliche Konzentrationen von E-Cadherin und β-Catenin erkennen, Tumorgeweberänder und metastatische Bereiche erkennen. Die Nanoroboter setzen sich auf dem Tumorgewebe fest und senden ein elektromagnetisches Lokalisierungssignal an den Arzt für weitere Untersuchungen.

Die Entwicklung der Robotik in der Chirurgie verlief recht schnell. Seit den ersten Versuchen in den 1980er Jahren haben die Roboter mittlerweile Einzug in die Krankenhäuser gehalten, wobei über 1500 US-Krankenhäuser mit dem Da-Vinci-Operationssystem ausgestattet sind. Auch die Zukunft von Robotern im OP klingt mit Blick auf die Entwicklung von Nanorobotern und ihre Fähigkeiten vielversprechend . Es bleiben jedoch noch einige Fragezeichen in Bezug auf diese Innovationen, wie z. B. der Grad an Autonomie dieser Roboter, die Akzeptanz der Patienten sowie rechtliche und ethische Hindernisse. Auch wenn die Roboter den Operateur im OP in absehbarer Zeit nicht vollständig ersetzen werden, werden sie ihn auf jeden Fall weiterhin unterstützen und seine Arbeit verbessern.

Wir bei Alcimed analysieren laufend neue Möglichkeiten und Innovationen in der Roboterchirurgie und erkunden diese gerne für unsere Kunden!

Über die Autorin, 

Roxane, Consultant in Alcimeds Life Sciences Team in Deutschland