Robotik und Extended Reality – die wichtigsten Trends

Erste, damals noch rein experimentelle Ansätze für Roboter in der Chirurgie gab es bereits ab den 1980er-Jahren. Und im Jahr 2000 hat die US Food and Drug Administration (FDA) das Da-Vinci-Operationssystem zugelassen: ein großer Sprung von der Forschung in die Anwendung^[1]. Mehrere Patente laufen aus; über kurz oder lang werden weitere Firmen in den Markt drängen. Aufgrund der raschen Weiterentwicklung haben Fachleute aus Chirurgie, künstlicher Intelligenz (KI), Industrie, Recht, Ethik und Politik versucht, das Gebiet thematisch einzugrenzen^[2].

Expertinnen und Experten sehen hier Technologien zur Verbesserung der präoperativen Planung, der chirurgischen Leistung, der therapeutischen Unterstützung oder des Trainings. Chirurgische Roboter arbeiten präziser als menschliche Operateure; sie zittern nicht. Auch gelingt der Zugang zu schwierigen Bereichen ohne „offene“ Verfahren wie Bauchschnitte. Alles in allem verkürzt sich die OP-Zeit. Der Blutverlust wird verringert und weniger Gewebe verletzt.

Laut Konsens der befragten Forschenden profitieren Patientinnen und Patienten von besseren Ergebnissen bei Eingriffen. Chirurginnen und Chirurgen können OPs besser planen, erkennen mögliche Risiken im Vorfeld – und können Interventionen stärker standardisieren als bei konventionellen Eingriffen. Für sie sind die Arbeiten ergonomischer als normale Eingriffe. Aus Sicht der Organisation, sei es eines Klinikums oder einer Krankenkasse, gelingt es, kostengünstiger zu arbeiten und Verfahren stärker zu standardisieren.

Auch definierten Fachleute weitere wichtige Themenbereiche wie die Erfassung, Annotation, Speicherung und Visualisierung von Daten und deren Analyse mit Künstlicher Intelligenz bzw. maschinellem Lernen.

Zum Hintergrund: Computergestützte Navigationssysteme^[3] auch mit Technologien, die reale Welten und digitale Elemente kombinieren (Extended Reality), basieren auf einer detaillierten Bildgebung des Operationsbereichs, meist durch CT- oder MRT-Aufnahmen. Entsprechende Aufnahmen fertigen Ärztinnen und Ärzte vor dem Eingriff an.

Die Dateien werden in das Navigationssystem eingespeist. Während der Operation gleichen Algorithmen die Position der Patientinnen oder Patienten und die relevanten anatomischen Strukturen im OP-Bereich mit dem virtuellen Modell aus den CT- und / oder MRT-Aufnahmen ab. Der Chirurg bzw. die Chirurgin sieht auf einem Bildschirm oder einer VR-Brille, wo sich die Instrumente relativ zu den anatomischen Strukturen befinden. Das erhöht die Präzision, insbesondere bei komplizierten oder minimal-invasiven Operationen.

Doch die Entwicklung geht noch weiter:

• Telemanipulations-Systeme zur Handhabung endoskopischer Instrumente^[4] sind hochentwickelte chirurgische Tools, die es Chirurginnen und Chirurgen ermöglichen, Operationen aus der Ferne durchzuführen, während sie die Instrumente über eine Konsole kontrollieren. Diese Systeme gelten als zentraler Bestandteil der modernen Roboterchirurgie. Sie erleichtern die Versorgung in medizinisch unterversorgten Regionen oder bei Katastrophen.
• Navigierte interaktive oder semiaktive Robotersysteme^[5] erweitern die Funktionalität herkömmlicher Instrumentenhalterungen, indem sie präzise Bewegungen ermöglichen, bei gleichzeitiger Echtzeit-Navigation innerhalb des Körpers. Diese Systeme sind in der Lage, chirurgische Instrumente sehr genau zu positionieren und zu führen, was besonders in der minimalinvasiven Chirurgie Vorteile bringt.
• Vollautomatische Robotersysteme können spezifische Aufgaben komplett eigenständig durchführen, ohne dass die Chirurgin oder der Chirurg direkt eingreifen. Sie werden für einzelne, klar definierte Arbeitsgänge eingesetzt, bei denen eine sehr hohe Präzision erforderlich ist. Algorithmen und Sensoren steuern die Schritte^[6].

Artikel: ContentQualitäten

Fachlicher Ansprechpartner im VDI:
Simon Jäckel
VDI-Thema Gesundheit
E-Mail: medizintechnik@vdi.de
 

_{[1] Richard M Satava: Surgical robotics: the early chronicles: a personal historical perspective. Surg Laparosc Endosc Percutan Tech. 2002 Feb;12(1):6-16, doi: 10.1097/00129689-200202000-00002.}

_{[2] Kyle Lam et al.: A Delphi consensus statement for digital surgery. NPJ Digit Med. 2022 Jul 19;5(1):100. doi: 10.1038/s41746-022-00641-6.}

_{[3] Weltzentrum der Medizintechnik: Chirurgische Navigationssysteme für die Neurochirurgie, Navigationssysteme für die orthopädische Chirurgie, HNO-Navigationssysteme, 2023. www.weltzentrumder-medizintechnik.de/kategorie2022/Chirurgische+Navigationssysteme-1005, abgerufen am 20. August 2024.}

_{[4] F. Mathis-Ullrichcorresponding author and P. M. Scheikl: Robotik im Operationssaal – (Ko‑)Operieren mit Kollege Roboter. Gastroenterologe. 2021; 16(1): 25–34. Published online 2020 Dec 22. German. doi: 10.1007/s11377-020-00496-x.}

_{[5] Dave Hill, Tom Williamson, Chow Yin Lai, Martin Leary, Milan Brandt: Robots and Tools for Remodeling Bone. IEEE Rev Biomed Eng. 2020:13:184-198. doi: 10.1109/RBME.2019.2949749.}

_{[6] H Saeidi 1 2, J D Opfermann 2 3, M Kam 2 3, S Wei 3 4, S Leonard 3, M H Hsieh 5, J U Kang 3 4, A Krieger 2 3.}

_{[7] Kwok, K.-W., Wurdemann, H., Arezzo, A., Menciassi, A. u. Althoefer, K.: Soft Robot-Assisted Minimally Invasive Surgery and Interventions: Advances and Outlook. Proceedings of the IEEE 110 (2022) 7, S. 871-892.}

_{^{[8] Yanni, R. M. T., El-Bakry, H. M., Riad, A. u. El-Khamisy, N.: Internet of Things For Surgery Process Using Raspberry Pi. International Journal of Online and Biomedical Engineering (iJOE) 16 (2020).}}