Pictures of the Future      Herbst 2001

Operationen nach Maß

Seitdem ging es mit der Entwicklung bild­gebender Verfahren mit Riesenschritten voran. Heute liefern Ultraschall, Computer- und Kernspintomographie Daten, mit denen die Ärzte Eingriffe am Computer simulieren und den optimalen Operationsverlauf im Vorfeld festlegen können. Der Patient wird nicht mehr nach Schema F behandelt, sondern erhält eine individuell auf ihn abgestimmte Operation. Mit Hilfe spezieller Navigationsinstrumente oder mit Medizinrobotern können Positionen im Körper millimetergenau angesteuert werden.

"Pictures of the Future" befragte drei ausgewiesene Experten der modernen Chirurgie, wie sie heute Operationen planen und durchführen und wie ihrer Ansicht nach der OP der Zukunft aussehen könnte. Die Interviews führte Ulrike Zechbauer.

Interview mit Axel Perneczky

Wie sieht der OP der Zukunft in Ihrer Fach­disziplin, der Neurochirurgie, aus?

Prof. Axel Perneczky: Im neurochirurgischen OP der Zukunft spielt die intraoperative, das heißt die operationsbegleitende, Bildgebung eine sehr große Rolle, insbesondere für die Navigation von Instrumenten und Endoskopen. Ich meine damit Bildgebung aller Art, also Ultraschall, Computer­tomographie (CT), Kernspin- beziehungsweise Magnetresonanztomographie (MR) und Angio­graphie. Heutzutage muss der Patient, wenn eine intraoperative MR oder CT benötigt wird, meist in andere Räume gefahren werden, oder es wird auf diese Untersuchung wegen der Kompliziertheit und Gefahren des Transports verzichtet. Der OP von morgen hingegen wird alle bildgebenden Geräte beherbergen, die also künftig zum Patienten kommen und nicht umge­kehrt. Dieser Trend zeichnet sich ja derzeit schon ab. Wir verwenden beispielsweise in unserem OP seit über drei Jahren ein bewegliches CT-Gerät auf Rollen. Wenn wir die komplette Technologie nutzen wollen, dann brauchen wir dafür aber auch den entspre­chenden Platz. Künftige Operationssäle müssen viel größer sein als heutige. Ich betone, dass dies für die Neurochirurgie gilt. Auch kann der OP der Zukunft ohne technisches Fachpersonal nicht funktionieren. Bereits heute brauchen wir für einen neurochirurgischen OP einen Techniker. Darüber hinaus sind in unserer Klinik Informatiker angestellt, die Computer-, Dokumentations- und Navigationssysteme betreuen und weiterentwickeln.

Welchen Stellenwert hat die Operationsplanung in der Neurochirurgie?

Perneczky: Einen sehr hohen. Die konventionelle Strategie, zuerst das Operations­gebiet großzügig freizulegen und erst dann die Besonderheit der pathologischen Situation zu entdecken, können wir in der Neurochirurgie nicht bedenkenlos anwenden. Denn selbst kleinste Verletzungen von Nerven versorgenden Gefäßen oder Hirnsubstanz können bereits schwere Folgen für den Patienten haben. Da es im Kopf keine freien Räume gibt, muss für jede Manipulation, also auch für jede Operation, ein Aktionsraum geschaffen werden. Das ist der Operationszugang, ein Korridor, der zwischen gesunden Strukturen in die Tiefe bis zum Zielgebiet führt. Um das Antasten von gesunden Strukturen zu minimieren, muss jede Operation geometrisch exakt geplant und auch möglichst klein gehalten werden. Bereits heute verfügen wir dafür über eine exzellente bildgebende Diagnostik und können uns mit der individuellen Anatomie des Patienten schon vor dem Eingriff vertraut machen.

Können Sie vor der Operation am Computer, also sozusagen virtuell, durch den Kopf des Patienten fliegen?

Perneczky: Ja. Mit dem Auflösungsvermögen heutiger bildgebender Verfahren ist es möglich, ganz feine Strukturen zu erfassen und virtuelle Flüge zu simulieren. Anhand von CT-Daten und spezieller Software haben unsere Neuroradiologen z.B. eine virtuelle Endoskopie im Innenohr durchgeführt. Die MR-Untersuchung liefert uns Daten, die derartige Flüge durch das Gehirn erlauben. Jeden Morgen vor den Operationen besprechen wir mit den Kollegen vom Institut für Neuroradiologie die Bilddaten der Patienten, aus denen mit speziell entwickelten Computerprogrammen dreidimensionale Modelle berechnet werden. Anhand dieser Modelle sind wir in der Lage, das Operations­gebiet im Voraus zu beurteilen, verschiedene Vorgehensweisen auszuprobieren und den optimalen Operationsweg festzulegen. Der nächste Schritt ist, diese individuelle Operationsplanung auch tatsächlich zu realisieren. Das heißt, wir müssen am Patienten genau denselben Weg finden wie in der Simulation. Und das geht nicht frei Hand, nach dem Motto "da und dort ein bisschen drehen", sondern das muss exakt ablaufen. Hier kommt die Navigation von Instrumenten und Endoskopen ins Spiel, die wir an unserer Klinik konsequent weiterentwickeln.

Wie funktioniert diese Neuronavigation?

Perneczky: Die gesamte anatomische Konstruktion des Kopfes wird einem dreidimensionalen Koordinatensystem zugeordnet. Die Berechnungen erfolgen auf Grund der Bilddaten aus MR, CT und in früheren Jahren auch aus kontrastmittelgestützten Röntgenuntersuchungen wie etwa der Angiographie. Die Übertragung der berechneten Zielkoordinaten auf die tatsächliche Patientenanatomie wird mit Hilfe eines Rahmensystems, das am Patienten­kopf befestigt wird, durchgeführt. Das ist die traditionelle Stereotaxie. Mit Hilfe von Computern werden nun die erwähnten Bilddaten für die Planung der Eingriffe verwendet. Im Operationssaal wird dann das Navigationssystem mit speziellen Instrumenten verknüpft. Auf diese Weise kann der Chirurg am Monitor die Position eines Endoskops oder einer Sonde im Raum, aber auch im Bezug zur Patientenanatomie verfolgen. Das nennen wir Neuronavigation.

Da der Chirurg aufgrund der feinen Zugänge von außen häufig gar keinen Einblick mehr ins Operationsgebiet hat, haben Sie einen Helm entwickelt, der dem Operateur über ein Video­system Bilder aus dem Körperinneren zeigt. Seit wann benutzen Sie solche Helme?

Perneczky: Mit der Entwicklung der Helme haben wir vor sieben Jahren begonnen und seit drei Jahren benutzen wir sie routinemäßig. Diese Videohelme haben für jedes Auge einen eigenen Monitor. Ursprünglich haben wir nur das Signal von der Endoskopkamera am Helm­monitor beobachten können. In der Weiterent­wicklung konnte man dann auch andere Bild­signale ins System aufnehmen. So sind wir heute in der Lage, die Bilder von der Operations-Mikroskopkamera sowie die Navigationsdaten von CT, MR und digitaler Angiographie am Helmmonitor zu bekommen. Die Auswahl des gewünschten Bildes erfolgt durch Sprach­steuerung. Auch für den Unterricht sind die Helme bestens geeignet, denn an das Videosystem lassen sich beliebig viele von ihnen anschließen. Damit sehen die Kollegen in 3D genau dasselbe wie der Operateur und können jeden Schritt mitverfolgen.

Ein wichtiger Trend in der Medizin ist die minimal-invasive Chirurgie. Was verstehen Sie darunter?

Perneczky: Minimal-invasiv ist: Gesundes Gewebe bei einer Operation so wenig wie möglich verletzen und gleichzeitig den maximalen Therapieerfolg erzielen. Die gängige Meinung, dass minimal-invasiv operiert wird, wenn die Schnitte klein sind, stimmt so nicht. Es gibt auch Situationen, wo der Chirurg eine sehr große Öffnung machen muss, um den Patienten heilen zu können. Der kleinstmögliche Schnitt kann auch 10 cm lang sein. Das Ziel muss sein, den maximalen therapeutischen Effekt zu erzielen, verbunden mit der minimal notwendigen Traumatisierung durch den Eingriff. Dazu gehört nicht nur die eigentliche chirurgische Tätigkeit, sondern viele weitere Aspekte: etwa kosmetische Gesichtspunkte. Beispielsweise soll die Narbe nicht zu sehen sein, und die Haare sollen nicht großflächig abrasiert werden, so dass sich der Patient nach der Operation sofort wieder unter Menschen traut. Ich finde, "optimal-invasiv" anstelle von "minimal-invasiv" würde die Situation besser beschreiben.

Stichwort Telemedizin: Können Sie sich für die Zukunft vorstellen, dass der Herzchirurg in Leipzig sitzt und aus der Ferne eine Operation in Mainz durchführt?

Perneczky: Rein technisch kann ich mir dies durchaus vorstellen, voraus­gesetzt, beide Orte verfügen über die gleiche Technik. Ich sehe darin aber ein ethisches Problem. Es ist meines Erachtens nicht akzeptabel, wenn der verantwortliche Chirurg nicht vor Ort ist. Denn der menschliche Körper ist immer für eine Überraschung gut. Bei jeder Operation kann etwas Unvorher­gesehenes passieren, das man sofort vor Ort beherrschen muss. Und dann wäre der Telechirurg hunderte oder tausende Kilometer entfernt und könnte nicht helfend eingreifen. Er bräuchte also vor Ort eine Mannschaft, die das Operieren genauso gut beherrscht wie er. Dann kann man die Operation aber auch gleich ohne Telemedizin durchführen. Zudem glaube ich nicht, dass man für einen speziellen Eingriff unbedingt einen bestimmten Experten braucht und damit unterstellt, dass die Chirurgen vor Ort mit der Aufgabe überfordert wären.

Geben Sie der Telekonsultation bessere Chancen, bei der ein Arzt aus der Ferne seine Kollegen im OP oder bei der OP-Planung berät?

Perneczky: Ich halte diese Vorstellung von der technischen Seite her für attraktiv. Aber aus medizinischer Sicht finde ich auch Telekonsultation ent­setzlich. Stellen Sie sich vor, es läuft eine Operation. Der Patient hat Vertrauen zum Chirurgen und dem operierenden Team. Und jetzt sitzt irgendwo ein Arzt, der die Operation per Bildübertragung verfolgt und sagt: "Seht mal dort. Dort müsst ihr das anders machen." Und die Ärzte vor Ort antworten: "Sie sind der Experte. Wenn Sie dies anraten, dann machen wir das auch so." Und dann geht es daneben. Die Verantwortung liegt immer bei dem, der operiert. Er kann sich im Nachhinein nicht herausreden. Ich halte es für fragwürdig, während einer Operation plötzlich etwas zu ändern und nachträglich zu sagen: "Das war ja gar nicht meine Idee." Auch bei der OP-Planung wird das Potenzial der Telekonsultation meiner Ansicht nach überschätzt. Bei einer einfachen Frage braucht man keine zweite Meinung. Und bei einer komplizierten Frage bekommt man bekanntlich genauso viele verschiedene Antworten, wie man Personen gefragt hat.

Interview mit Martin Börner

Ihre Klinik hat 1994 weltweit zum ersten Mal künstliche Hüftgelenke routinemäßig mit einem Roboter implantiert. Wie oft haben Sie inzwischen mit Ihrem so genannten Robodoc operiert, und wo liegen dabei die Vorteile?

Prof. Martin Börner: Insgesamt haben wir bisher 4000 Hüftoperationen mit dem Roboter durch­geführt. Hinzu kommen seit März 2000 noch ungefähr 300 Implantationen eines künstlichen Kniegelenks mit Hilfe der Robotertechnik. Den größten Vorteil dieser Methode sehe ich in der präoperativen Planung am dreidimensionalen Modell und in deren Umsetzung mit höchster Präzision. Mit den vor der Operation angefertigten individuellen Computertomographie-Daten des Patienten lässt sich die virtuelle Prothese, die wir aus unserem Prothesenkatalog ausgewählt haben, am Rechner exakt platzieren. Dies funk­tioniert in allen Ebenen mit einer Genauigkeit von 0,1 mm und in der Drehung von 0,1 °. Anschlie­ßend werden die so gewonnenen CT- und Planungsdaten dem Robodoc übertragen. Der Roboter fräst dann während der Operation mit höchster Genauigkeit den Oberschenkel aus. Da auf diese Weise die Prothese absolut achsengerecht und passgenau im Knochen sitzt, kann der Patient sein neues Hüftgelenk sofort voll belasten. Die Zahlen sprechen für sich: Während mit dem stählernen Assistenten ein Flächenkontakt zwischen Knochen und Prothese von 95 bis 98 % erreicht wird, schaffen selbst erfahrene Operateure per Hand lediglich 30 bis 35 %.

Haben die Patienten Vertrauen zu Medizinrobotern?

Börner: Durchaus. Die Akzeptanz und auch die Erwartungshaltung gegenüber Robodoc war und ist von Seiten unserer Patienten sogar wesentlich höher als seitens der Ärzteschaft. Die Patienten waren es, die das Verfahren so weit gebracht haben, wie es heute ist. Einige Mediziner befürchten allerdings, der Roboter könne sie ersetzen. Dies trifft aber überhaupt nicht zu. Der Chirurg muss sich bei einer geplanten Roboter-Operation im Vorfeld sogar mehr mit dem Patienten beschäftigen als bei einem konventionellen Eingriff. Schließlich muss jeder roboterunterstützte Eingriff vorab exakt geplant werden. Hingegen findet nur bei 45 % der konventionellen Operationen eine präoperative Planung statt, wie eine anonyme Umfrage unter Hüftoperateuren ergab.

Welche Arbeiten werden Roboter im OP der Zukunft ausführen?

Börner: Ich kann mir etwa einen sprachgesteuerten Roboter vorstellen, der Instrumente reicht. Beim Entfernen von Nägeln oder Metallplatten aus dem Oberschenkel oder dem Sprunggelenk beispielsweise verwendet man stets das gleiche Instrumentarium. Die Schwester bereitet alles vor und legt die Instrumente an einen bestimmten Platz. Der Chirurg ordert einen Inbus, und der Roboter reicht ihn. Auch den Bildwandler, mit dem der Patient während einer Operation beobachtet wird, bedient heute noch das OP-Personal. Künftig könnte man das Gerät auf eine Roboterplattform setzen und es via Sprache steuern. Entscheidend bei der Entwicklung der Medizintechnik ist, dass die Ärzte mit Technikern, Ingenieuren und Informatikern eng zusammenarbeiten. Nur gemeinsam lassen sich neue Technologien entwickeln, die für eine höhere Qualität sorgen. Künftig wird es auch mehr Medizintechniker im OP-Bereich geben. Dieser noch relativ junge Berufszweig hat Zukunft.

Doch auch die medizinische Ausbildung wird sich ändern müssen.

Börner: Genau hier sehe ich die Gefahr, dass Ärzte künftig während ihrer Ausbildung das normale Handwerk nicht mehr richtig erlernen, sondern sich zu sehr auf die technischen Möglichkeiten verlassen. Und wenn die Technik dann versagen sollte, könnte es ihnen schwer fallen, auf die frühere Stufe der Handarbeit zurückzugehen. Hier wird man einen Weg finden müssen, klassisches chirurgisches Arbeiten und technisches Know-how gleichermaßen in der Ausbildung zu berück­sichtigen. Ich denke, das "Learning by Doing" am Patienten wird in den Hintergrund rücken. Vielmehr werden sich angehende Chirurgen verstärkt mit der individuellen OP-Planung befassen und bevorstehende Eingriffe am Simulator wieder und wieder durchspielen. Ähnlich einem Piloten, der im Flugsimulator lange üben muss, bevor er das erste Mal ein Flugzeug fliegen darf.

Werden Medizinroboter in Zukunft selbstständig operieren?

Börner: Nein. Ich habe keinen Zweifel, dass der Chirurg bei einem Eingriff immer dabei sein muss und dem Roboter jeden Schritt vorgibt. Medizinroboter sind technische Hilfsmittel, die niemanden ersetzen, sondern den Menschen unterstützen sollen. Im Mittelpunkt steht dabei immer, die Qualität der medizinischen Versorgung und das Wohlbefinden der Patienten zu erhöhen.

Interview mit Tim Lüth

Medizinroboter werden immer populärer. Wie viele sind denn in den Operationssälen wirklich im Einsatz?Prof. Tim Lüth: Wenige. Gegenwärtig gibt es weltweit nur etwa 200 Maschinen, die am Patienten tatsächlich operieren, etwa Fräs­roboter in der Orthopädie oder Geräte zur inter­aktiven, robotergestützten Instrumentenführung in der Neurochirurgie. Hinzu kommen rund 600 reine Kameraführungssysteme für die minimal-invasive Chirurgie. Bislang arbeiten nur sehr wenige Forschungseinrichtungen, vor allem in Deutschland und den USA, an der Entwicklung von Medizinrobotern.

Im März letzten Jahres setzten Ärzte der Berliner Charité weltweit erstmals einen Medizinroboter bei einer Gesichtsoperation ein. Dabei wurde ein künstliches Ohr passgenau am Kopf verankert. Welche Vorteile bietet der von Ihnen entwickelte, eine halbe Million Euro teure Roboter?

Lüth: Stellen Sie sich vor, Sie wollen ein Bild auf­hängen und markieren zwei Bohrlöcher an der Wand. Nach dem Bohren stellen Sie fest, dass die Löcher nicht da sind, wo erwartet, und dass das Bild schief hängt. Eine ähnliche Situation haben wir in der Chirurgie. Bei künstlichen Gesichtsteilen werden dem Patienten kleine Titanstifte in den Schädel oder Kieferknochen gedreht. Bohrt der Operateur die Gewinde von Hand, lässt sich nie genau vorhersagen, wie die Stifte hinterher sitzen werden. Deshalb vermessen die Ärzte die Position der Titanpfeiler gewöhnlich erst nach dem Verheilen aller Bohrwunden und geben dann eine passende Gesichtsprothese in Auftrag. Leider muss der Patient daher oft wochenlang warten, bis er z.B. ein neues, künstliches Ohr erhält. Unser intelligenter Instrumentenhalter, den wir "Otto von der Decke" nennen, kann Positionen dreidimensional auf 0,2 mm genau be­rechnen und ansteuern. Die Bohrungen sind so exakt, dass eine vorgefertigte Gesichtsprothese nahezu hundert­prozentig passt. Der Patient bekommt direkt am Tag der Operation sein täuschend echt aussehendes Silikonohr. Otto ist der weltweit erste und einzige Roboter für die Gesichtschirurgie, der nach dem Medizinprodukte-Gesetz zugelassen ist.

Werden angesichts solcher Erfolge die stählernen Operateure eines Tages den Chirurgen ersetzen?

Lüth: Nein, das halte ich für völlig utopisch. Meiner Meinung nach ist und bleibt der Operateur unersetzbar. Roboter werden daher auch in Zukunft nicht selbst­ständig operieren, sondern sie werden den Chirurgen unterstützen. Dadurch helfen sie, die Qualität der medizinischen Versorgung zu erhöhen.

Ende 2001 wollen Sie ein Robotersystem zur Implantation künstlicher Zähne auf den Markt bringen. Kann sich ein Zahnarzt diesen Robo­Dent überhaupt leisten?

Lüth: Größere Praxen auf jeden Fall, denn RoboDent wird schätzungsweise 50 000 € kosten, ein Zehntel so viel wie der intelligente Instrumentenhalter "Otto von der Decke". Wenn man bedenkt, dass manche Patienten über 50 000 € für Implantate ausgeben, dann ist es verständlich, dass sie dafür eine hohe Qualität erwarten. Hier wird RoboDent künftig zum Einsatz kommen, denn er gewährleistet den perfekten Sitz von Implantaten. Das System ist bereits europaweit zugelassen, und auch die Zulassung für den US-amerikanischen Markt läuft.

Was gehört alles zum System RoboDent?

Lüth: RoboDent besteht aus einem handelsüblichen PC, einem kleinen Bild­schirm, Planungs-Software und einem speziellen Infrarot-Sensorsystem, das die Ausrichtung des Bohrers im Mund auf wenige Zehntel Millimeter genau misst. Am Tag des Eingriffs kann der Zahnarzt die vorher am PC durchgeführte Implantatplanung bis auf 0,5 mm genau auf den Kiefer des Patienten über­tragen, weil er mit RoboDent freihändig und zugleich äußerst exakt arbeiten kann. Auf einem Monitor direkt neben dem offenen Mund des Patienten zeigt das System in dreidimensionaler Darstellung, wie der Zahnarzt den Bohrer führen muss. Auf diese Weise lassen sich mehrere Titanstifte exakt achsen­parallel einsetzen und der fix und fertig vorliegende Zahnersatz passgenau montieren. Der Patient verlässt die Praxis mit einem neuen Gebiss, das er bereits nach einer Woche voll belasten kann. Zahnärzte können übrigens den Umgang mit RoboDent in nur fünf Minuten erlernen.

Werden moderne Bohrer mit Navigationssystem in 15 Jahren zur Standard­ausrüstung einer Zahnarztpraxis gehören?

Lüth: Ich denke, dass 2015 die Mehrzahl der Zahnärzte über ein solches System verfügen wird. Schon in naher Zukunft, nämlich Mitte nächsten Jahres, werden schätzungsweise 100 RoboDents im Einsatz sein. Und wenn sich eine Technologie erst einmal bewährt hat, dann ziehen viele nach.