Pictures of the Future Herbst 2001
OP der Zukunft – Kooperation mit Kliniken
Technik im Team
Am Klinikum rechts der Isar in München entwickeln Ärzte, Techniker, Ingenieure und Informatiker gemeinsam – und in Kooperation mit Siemens – den OP der Zukunft. Im Mittelpunkt steht dabei die Verbesserung minimal-invasiver Verfahren und Therapien.
Ein entscheidender Fortschritt für die Erkennung und Behandlung von Tumoren: Siemens gelang es, CT- und PET-Daten zu einem Bild zu fusionieren
Der Trend zur Patienten schonenden minimal-invasiven Chirurgie, auch "Schlüsselloch-Chirurgie" genannt, hält an. Für die Ingenieure besteht die Herausforderung darin, neue medizintechnische Instrumente und Methoden zu entwickeln, die alle Eigenheiten der menschlichen Anatomie berücksichtigen. Denn was am starren Kunststoffmodell millimetergenau funktioniert, ist noch lange nicht für den sich ständig bewegenden menschlichen Körper geeignet. In der Arbeitsgruppe MITI am Klinikum rechts der Isar in München werden neue Technologien und Verfahren kliniknah erprobt. Siemens Medical Solutions ist einer der Kooperationspartner der Anfang 1999 gegründeten interdisziplinären Gruppe.
Interdisziplinäre Zusammenarbeit
Die Arbeitsgruppe "Minimal-invasive interdisziplinäre therapeutische Intervention", kurz MITI, wurde Anfang 1999 am Klinikum rechts der Isar der Technischen Universität München gegründet. MITI ist ein Forschungsverbund, an dem neben der Chirurgischen Klinik (Prof. Siewert), der II. Medizinischen Klinik (Prof. Classen) und dem Institut für Diagnostische Radiologie (Prof. Rummeny) auch die Industrie (Ethicon, Hamburg; Olympus Optical, Hamburg; Siemens Medical Solutions, Erlangen) sowie Einrichtungen der Grundlagenforschung (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Prof. Hirzinger, Oberpfaffenhofen; Institut für Medizinische Physik, Prof. Kalender, Universität Erlangen-Nürnberg) beteiligt sind. Darüber hinaus wird MITI im Projekt "Interdisziplinärer gastroenterologisch-chirurgischer Arbeitsplatz" von der Bayerischen Forschungsstiftung unterstützt.
"Hauptziel von MITI ist es, das Konzept eines Operationssaals der Zukunft zu entwickeln und umzusetzen", sagt Prof. Hubertus Feussner, Chirurg am Münchner Klinikum rechts der Isar und MITI- Mitarbeiter. "Unser aktuelles Projekt heißt Interdisziplinärer gastroenterologisch- chirurgischer Arbeitsplatz. Dabei wollen wir minimal-invasive Verfahren und Therapien optimieren und so die chirurgische Behandlung von Erkrankungen der Bauch- und Brusthöhle viel schonender und effizienter als bisher gestalten." Das Zauberwort "Teamwork" ist dabei keine leere Formel: Nicht nur die sonst separat agierenden Disziplinen Chirurgie, Gastroenterologie (Lehre vom Magen-Darm- Trakt einschließlich der Speiseröhre) und Radiologie arbeiten im MITI eng zusammen, sondern es bestehen auch enge Partnerschaften mit Industrieunternehmen wie Siemens. Von dieser Kooperation profitieren beide Seiten: So entwickelte die Arbeitsgruppe MITI sowohl neue bildgebende Techniken und Navigationssysteme zur Instrumentenführung als auch Bildverarbeitungsmethoden – beispielsweise die Fusion unterschiedlicher Bilddaten. Während eine Computertomographie-Untersuchung (CT) Schnittbilder von der menschlichen Anatomie liefert, gibt ein anderes Verfahren, die Positronen-Emissions-Tomographie (PET), Aufschluss über die Stoffwechselaktivität des Gewebes – etwa von Tumoren und Metastasen –, ermöglicht aber keine exakte anatomische Zuordnung. Siemens ist es nun gelungen, beide bildgebenden Verfahren so zu koppeln, dass der Arzt verlässliche Hinweise auf verdächtige Gewebeveränderungen bekommt. Denn anhand der Kombination kann er sicherer beurteilen, ob sich etwa in der Leber tatsächlich Metastasen angesiedelt haben oder ob es sich um eine gutartige Geschwulst handelt. "Die CT-PET-Bildfusion stellt einen entscheidenden Fortschritt in der Erkennung und Behandlung von Tumoren dar", hebt Feussner hervor. "Mit einem auf den Patienten bezogenen Koordinaten- und Navigationssystem können wir in der PET gewonnene, auffällige Gewebebezirke nun präzise der Anatomie des Patienten zuordnen und dann gezielt eine Gewebeprobe entnehmen."
Optimiert für die Arbeitsabläufe im OP: Das integrierte Operationssystem SIOS von Siemens wird demnächst auch im Münchener Klinikum rechts der Isar eingesetzt
Werden bei einem Patienten Lebermetastasen festgestellt, so können diese operativ entfernt werden. Während einer solchen Operation muss jeder Schritt mit Hilfe bildgebender Verfahren kontrolliert werden. "Wichtig ist, dass wir im OP Methoden verwenden, die leicht zu handhaben sind und den Patienten nicht belasten", sagt Feussner. "Wegen der Röntgenstrahlen ist daher ein CT nur bedingt einsetzbar, und ein Kernspintomograph (MR) bringt einen erheblichen apparativen Aufwand mit sich. Deshalb setzen wir verstärkt auf Ultraschall." Mit der Arbeitsgruppe MITI realisierte Siemens die weltweit erste navigierte Ultraschall-Laparoskop-Sonde, die seit einem Jahr zum Einsatz kommt. Bei dieser Ultraschall-Laparoskopie können die Organe des Bauchraums während der Operation mit hoher Auflösung inspiziert werden.
Liefern herkömmliche Ultraschall-Laparoskope lediglich zweidimensionale Schnittbilder, so lassen sich nun Organbereiche dreidimensional erfassen und darstellen. "Wir integrierten In die Spitze eines herkömmlichen Ultraschall-Laparoskops einen Navigations-Sensor, dessen Position in einem elektromagnetischen Feld registriert wird", erklärt Prof. Gerd Wessels, Projektleiter bei Siemens Medical Solutions und kommissarischer Leiter von MITI. "Die 2D-Ultraschallbilder werden mit ihren Raumkoordinaten erfasst und zu einem 3D-Bilddatensatz rekonstruiert." Der Operateur kann noch während des Eingriffs das 3D-Bild am Monitor beurteilen und sein weiteres Vorgehen planen. So kann er etwa auf Anhieb erkennen, ob und inwieweit eine Lebermetastase umgebende Strukturen in Mitleidenschaft gezogen hat – die Infiltration des Tumors in ein nahegelegenes großes Blutgefäß kann nachgewiesen oder ausgeschlossen werden. "Ein weiterer Vorteil ist, dass wir über das Navigationssystem ein Koordinatensystem am Patienten definieren und dieses sowohl für alle digitalen bildgebenden Verfahren, also CT, MR, Ultraschall und PET, als auch für die Positionierung eines Instrumentes verwenden können", sagt Wessels. "Damit sind wir beispielsweise in der Lage, dem Arzt während der Untersuchung ein Ultraschallbild gemeinsam mit dem korrespondierenden CT-Bild zu zeigen."
"Schlüsselloch-Medizin" mit Zukunft
Die Zahl der minimal-invasiven Eingriffe wird nach Meinung der Fachleute künftig weiter ansteigen – genaue Prognosen sind indes schwierig. Das liegt zum einen an der staatlichen Regulierung des Gesundheitsmarkts und den wechselnden politischen Einflüssen. Zum anderen sind die Einsatzmöglichkeiten für Mikrotherapie so vielfältig, dass seriöse Vorhersagen nur für einzelne Indikationen möglich sind. So geht Prof. Ernst Eypasch vom St. Hildegardis Krankenhaus in Köln bei Darmkrebsoperationen in Deutschland von einer stabilen Zahl von 70 000 bis 80 000 Fällen pro Jahr aus. 15 % davon werden heute minimal-invasiv behandelt, im Jahr 2010 könnten es 60 bis 70 % sein. Die Vorteile für die Patienten liegen auf der Hand: Die Zeit im Krankenhaus verkürzt sich dramatisch, die Heilung verläuft schneller. Damit werden einzelne Eingriffe auch billiger. Ob dies allerdings auch für die Gesamtheit der Eingriffe gilt, ist nicht sicher, da laut Verband der Angestellten Krankenkassen (VdAK) mehr und mehr auch medizinisch nicht notwendige Eingriffe vorgenommen werden.
Bei der Entfernung einer krankhaften Veränderung im Magen-Darm-Trakt werden u.a. auch Kombinationseingriffe durchgeführt. Bei der so genannten Rendezvous-Technik, die am Klinikum rechts der Isar weiterentwickelt wird, kommen zwei oder mehr Instrumente – flexible Endoskope und starre Laparoskope – gleichzeitig zum Einsatz. Die Instrumentenspitzen müssen im Operationsgebiet gezielt aufeinander zugeführt werden, ohne dass sie dabei direkt beobachtet werden können, da sich das Endoskop z.B. im und das Laparoskop außerhalb des Darms befinden. Dieses "Blind Date" ist ziemlich schwierig zu realisieren, da die Darmwand die Sicht versperrt.
Der Operateur behilft sich bisher, indem er die Endoskopspitze an der Darmwand entlangführt und diese dabei ausbeult, eine zeitaufwändige Prozedur. Siemens hat daher zusammen mit MITI ein Navigationssystem entwickelt, mit dem die Instrumentenspitzen anhand von Positionssensoren sofort zueinander finden. Auf dem Bildschirm sieht der Arzt neben dem endoskopischen und laparoskopischen Bild auf einer Skala, wie weit die beiden Instrumente voneinander entfernt sind, und ob er sie aufeinander zu- oder voneinander wegbewegt. Das Resultat des schnellen Rendezvous: deutlich reduzierte Eingriffszeiten, eine Entlastung für Arzt und Patient.
Rendezvous im Darm: Die Spitzen von Endoskop und Laparoskop müssen präzise zusammengeführt werden
Ein interdisziplinärer Arbeitsplatz erfordert aber auch Maßnahmen, die die an unterschiedlichen Orten ansässigen medizinischen Fachdisziplinen aktiv in den diagnostisch-therapeutischen Prozess einbeziehen", betont Wessels. "Voraussetzung hierfür ist, dass an unterschiedlichen Klinikorten identische Bildinformationen und Therapieplanungsdaten vorliegen." Möglich machen dies am Klinikum rechts der Isar moderne Netzwerktechniken in Verbindung mit den "syngo"-Workstations von Siemens. "Die Ärzte können über die Terminals untereinander jederzeit Daten für ihre Therapieplanungen austauschen, diskutieren und ergänzen", sagt Wessels. "Die Workstations speichern alle Informationen, verarbeiten sie und stellen sie auf den Monitoren dar. Dem Personal im OP und den beteiligten klinischen Instituten liegen zeitgleich dieselben Informationen vor, so dass sie diese über das interne Kliniknetz diskutieren können. Oder wenn jemand etwas am Monitor einzeichnet, dann können dies die anderen auf ihren Bildschirmen mitverfolgen." Mit Hilfe der syngo-Workstations kann sich der Arzt zudem dreidimensionale CT-Datensätze nicht nur als Serie von Schichtbildern, sondern auch in räumlicher Darstellung präsentieren lassen, sich virtuell in ihnen bewegen und den optimalen Zugangsweg für ein Instrument festlegen. Sollte während eines Eingriffs eine unvorhersehbare Situation auftreten, so können die Ärzte diese schon bald via Kliniknetz interdisziplinär analysieren und das weitere Vorgehen gemeinsam festlegen.
Ulrike Zechbauer