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Ausgezittert

„Viel präziser als jeder Mensch: der Operations-Automat. Bis zu einem Tausendstelmillimeter genau fräst „“OP 2015“ sich durch Knochen und setzt Schnitte, ohne „“Ausrutscher“. Der Chirurg steuert die Maschine aus dem Cockpit-Sessel. Noch nicht Klinikalltag – aber ein Prototyp zeigt, wohin die Reise geht.“

Der Schock sitzt immer noch tief. Als bei der jungen Mutter während einer Routinekontrolle ein Tumor hinter dem Auge diagnostiziert wurde, war sofort klar: Das sieht schlimm aus. Wuchernde Krebszellen waren dicht um den Sehnerv gewachsen, eine äußerst seltene und besonders hartnäckige Tumorvariante im vorderen Teil des Gehirns.

Eine Operation schien nicht realisierbar: Kaum ein Arzt hatte Erfahrungen mit dieser Tumorart. Schließlich fand sich doch ein Neurochirurg, der sich der Patientin annahm. Nach nervenzerreibendem wochenlangem Warten – der Chirurg mußte zunächst an anatomischen Präparaten den komplizierten Eingriff üben – wurde das bösartige Gewebe entfernt. Allerdings zusammen mit dem Sehnerv: Alles ärztliche Bemühen reichte nicht aus, um das wuchernde Gewebe von den gesunden Nervenzellen zu trennen. Die Patientin ist heute auf einem Auge blind.

Solche Krankengeschichten soll es in absehbarer Zukunft nicht mehr geben – folgt man den Visionen des Neurochirurgen Dr. Volker Urban von den Wiesbadener Dr.-Horst-Schmidt-Kliniken. In seiner Vorstellung vom Operationssaal der Zukunft ist der Arzt nicht mehr allein auf seine Fingerfertigkeit angewiesen: Roboter sollen mit vom Menschen unerreichbarer Präzision assistieren.

Im Fall der Krebs-Patientin sähe das so aus: Der Arzt steuert einen kleinen Roboterarm dicht am Sehnerv entlang, bis er auf den Tumor stößt. Winzige Scheren nehmen die Tumorzellen in die Zange. Nach einem prüfenden Blick auf den Monitor, auf dem der spaghettidünne Sehnerv baumstammdick und dreidimensional erscheint, startet der Arzt die eigentliche Operation. Langsam, Schnitt für Schnitt, entfernen die scharfen Scherenschneiden das Tumorgewebe exakt am Rande des Sehnervs. Die gesunden Zellen bleiben erhalten. Die Patientin erwacht aus der Narkose und kann mit beiden Augen sehen.

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Noch ist die robotergesteuerte Operation Zukunftsmusik. Doch der Wiesbadener Chirurg ist überzeugt, daß seine virtuelle Robot-OP-Welt zumindest in Teilen noch vor dem Jahr 2015 Wirklichkeit wird. „Es kann doch nicht der Weisheit letzter Schluß sein, daß der Chirurg das Endoskop von Hand führt“, betont Urban immer wieder: „Jedes Zittern, jedes Zucken kann bei einer neurochirurgischen Operation ernste Folgen haben und wichtige Hirnstrukturen zerstören.“

Die menschliche Hand, so weiß der Neurochirurg aus eigener Erfahrung, kann sich nur im Millimeterbereich feinmotorisch exakt bewegen. Für komplizierte Eingriffe reicht dies aber nicht aus: Gerade bei den sogenannten stereotaktischen Eingriffen – hier müssen abgegrenzte Teile mitten im Gehirn mit absoluter Präzision erreicht und bearbeitet werden – kann der Bruchteil eines Millimeters über den Erfolg der Operation oder gar über Leben und Tod entscheiden.

Daher arbeitet Urban hart an der Realisierung seiner Vision. Unterstützung fand er am Stuttgarter Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA): Gemeinsam mit Siemens wurde dort in nur sechs Monaten ein Operationsroboter gebaut. Der Prototyp „OP 2015“, der inzwischen auf mehreren Medizinmessen für Aufregung gesorgt hat, kann beispielsweise bis auf ein Tausendstelmillimeter genau ein Endoskop führen – sehr viel exakter als der beste Chirurg.

Das Modell für den automatischen OP-Gehilfen hat sich der Wiesbadener Kliniker bei der Natur abgeschaut: Flink und flexibel wie eine Ameise arbeitet sich der von außen gesteuerte OP 2015 im Körper des Menschen voran. Er kann mit verschiedenen Operationsinstrumenten beladen werden, ohne seine Beweglichkeit zu verlieren. Wie das emsige Insekt kann der Roboter voll beladen seinen Kopf um die eigene Achse drehen: Rundumblick im menschlichen Organismus.

Auch die winzigen Scheren oder Skalpelle am vorderen Ende der kleinen Maschine erinnern an die Mundwerkzeuge einer Ameise. Und ebenso, wie sich Insekten in der Natur selbst an extreme Lebensräume anpassen können, soll auch der Operationsroboter vielseitig einsetzbar sein. Wo es auf wenige Tausendstelmillimeter ankommt, kann er sich exakt an Nervenbahnen oder Muskelfasern entlangtasten, winzige Tunnel in den Schädelknochen fräsen oder Zahnimplantate an genau die richtige Stelle setzen.

So könnte er nicht nur Neurochirurgen bei komplizierten Eingriffen in schwer erreichbaren Hirnregionen helfen. Auch Hals-Nasen-Ohren-Ärzte sollen von ihm profitieren: beispielsweise beim Implantieren eines modernen Hörgeräts in den Schädelknochen – daran ist die Tübinger Universitätsklinik interessiert. Auch in Gynäkologie und Zahntechnik ist ein automatischer OP-Gehilfe vorstellbar. „Nur im Bauchraum wird es schwierig. Dort sind die Strukturen zu grob. Wenn man mit den feinen Werkzeugen etwa eine Niere fassen wollte, würde sie einfach wegflutschen“, vermutet IPA-Leiter Prof. Rolf Dieter Schraft.

Das technische Erfolgsrezept des Stuttgarter Prototypen ist sein Aufbau als „Hexapod“ (Sechsbein), wie die Robotik-Fachleute diese Konstruktion nennen: Eine Plattform ist mit sechs Teleskopbeine an einem Gestell befestigt. Endoskop oder Werkzeug bewegen sich im Raum, indem sich die Beine verkürzen beziehungsweise verlängern. Der Vorteil dieses Bauprinzips gegenüber einem konventionellen Roboter: kleine bewegte Massen, dadurch höchste Genauigkeit der Bewegungen.

„Auf das System können extrem große Kräfte ausgeübt werden, und dennoch arbeitet man im Submillimeterbereich“, erklärt Matthias Wapler, der gemeinsam mit Andrea Hiller an der Entwicklung des Roboters am IPA beteiligt war. Mehr als 50 Kilogramm an medizinischem Gerät kann das System bewegen, das selbst nur 17 Kilogramm auf die Waage bringt.

Nachteilig ist allerdings der begrenzte Arbeitsraum. Daher wurde der Roboter samt Instrumenten auf einen C-förmigen Schlitten montiert, der um seine eigene Achse drehbar ist. Damit kann sich der Arzt, etwa um einen Tumor am Sehnerv zu entfernen, schräg von unten am Ohr vorbei der Schläfe nähern – anstatt auf dem belastenderen geraden Weg. Über ein winziges Loch kann er einen Kanal durch den Knochen fräsen. Es müssen keine großen Schneisen mehr durch Knochen, Knorpel und Gewebe geschnitten werden, um an den Krankheitsherd zu kommen.

Doch bevor dies Realität wird, muß der vielversprechende Roboter noch auf seine Sicherheit getestet werden. Daher laufen seit Mai 1998 an einer Wiener Klinik erste Evaluierungsversuche. Verlaufen die Tests erfolgreich, könnte der Roboter schon bald im Routineeinsatz stehen – vorausgesetzt, es findet sich ein industrieller Partner, der die Produktion größerer Stückzahlen übernimmt.

Das allein reicht dem Wiesbadener Neurochirurgen Volker Urban nicht. „Ein Arzt muß bei einem komplizierten Eingriff oft mehrere Stunden lang stehend oder verkrampft sitzend die Operation verfolgen“, moniert er. „Das ermüdet nicht nur körperlich, sondern auch psychisch. Es schwächt die Konzentration erheblich.“

Im OP der Zukunft, so Urbans Vision, soll der Arzt daher bequem im Operations-Cockpit sitzen. Über einen Joystick steuert er den Roboter aus der Distanz. Der Chirurg agiert dann gleichsam wie ein Pilot, der die Stellung von Höhen- und Seitenleitwerk und die Turbinendrehzahl auch nicht durch direkten Augenschein, sondern vom Cockpitsessel aus überwacht.

Mit dem direkten Blickkontakt hapert es ohnedies bei neurochirurgischen Operationen: Bisher muß sich der Arzt vor allem auf sein Gefühl und seine Erfahrung verlassen, denn der Sichtkreis bei einem minimal-invasiven Eingriff ist sehr begrenzt. Der Arzt bekommt während der komplizierten Operation keine einzige Rückmeldung aus dem Körper des Patienten.

Auch das möchten die IPA-Techniker ändern. Dazu montieren sie das Cockpit auf ein hydraulisches Hexapod und koppeln es mit dem Endoskop oder anderen Instrumenten. Während einer Operation wird jede Bewegung des Instruments auf den Stuhl übertragen: Gleitet beispielsweise das Endoskop an Nervenbahnen entlang, neigt sich das Cockpit im gleichen Winkel nach vorn – bewegt sich das Endoskop nach rechts, kippt der Stuhl des Arztes taktgleich nach rechts. Für den Chirurgen ist dies so, als reise er auf dem Rücken des Endoskops durch den Körper des Patienten.

Von der Verbindung der Mikrowelt im Gehirn des Patienten mit der Makrowelt des Operateurs versprechen sich die Wissenschaftler eine zuverlässigere Wahrnehmung, wie schnell sich das Endoskop in die Tiefe empfindlicher Hirnregionen vorarbeitet. „Es ist wichtig, daß der Operateur diese spürbare Rückmeldung bekommt“, erklärt Urban. Wenn also beispielsweise das Endoskop im menschlichen Körper auf Gewebe, ein Blutgefäß oder vagabundierende Zellklümpchen trifft, wird dies auch der Operateur durch einen heftigen Stoß auf seinem Cockpit zu spüren bekommen – ähnlich wie ein Baggerfahrer, der mit seiner Schaufel auf ein Hindernis stößt.

Vor der Operation könnte der Chirurg an einem solchen System bequem üben – in einer virtuellen Welt aus den realen Daten der Patienten, anstatt mit anatomischen Präparaten. Mit Hilfe moderner Diagnoseverfahren, vor allem Computer- und Kernspintomographie, läßt sich heute schon ein dreidimensionales Bild vom Innenleben des Patienten erstellen, in beliebiger Vergrößerung. An diesem virtuellen Modell könnte das Robot-Operationsteam beliebig viele Testläufe unternehmen. Dabei läßt sich zudem ein anatomisches Limit festlegen: Regionen außerhalb bestimmter Grenzen sind für das Endoskop gesperrt. Dadurch lassen sich gesunde Nachbarregionen vor Verletzungen schützen.

Ein weiterer Vorteil des virtuellen Verfahrens käme direkt dem Patienten zugute: Die junge Frau mit dem seltenen Tumor am Sehnerv hätte sofort nach der Diagnose operiert werden können, ohne das zermürbende Warten auf den Eingriff. Indes: Nach ihrem Eindruck befragt, kann die Patientin – sie möchte, daß ihr Name ungenannt bleibt – die Begeisterung der OP-2015-Arbeitsgruppe nicht teilen. Die Vorstellung, ein Roboterarm bewege ein scharfes Instrument durch ihren Kopf, macht ihr Angst.

„Ich habe damals während der vielen Untersuchungen und Besprechungen mit meinem Arzt großes Vertrauen zu ihm entwickelt“, erinnert sie sich. Dieses Vertrauen habe ihr während des langen Wartens auf die Operation ebenso geholfen wie später bei der Rehabilitation.

Mit ihrem Mißtrauen steht sie nicht allein. Nach Erfahrungen der Fraunhofer-Forscher haben viele Menschen Schwierigkeiten bei der Vorstellung operierender Maschinen. „Wenn von Robotern im Operationssaal die Rede ist, taucht fast automatisch das Bild einer Medizin-„Fabrik“ auf – mit Patienten, die wie Werkstücke auf einem Förderband durchgeschleust werden“, karikiert IPA-Leiter Prof. Rolf Dieter Schraft das Schreckensbild.

Ein derartiges Szenario hält er für unrealistisch. Der Arzt werde auch künftig nicht von einem Roboter ersetzt. Es werde in absehbarer Zeit keine Maschine geben, die routinemäßig den Blinddarm entfernt, die Galle entnimmt oder selbständig die Mandeln operiert. Der Roboter, so sieht es der IPA-Wissenschaftler, dient dem Menschen stets nur als Hilfe bei der Arbeit.

Schraft wirbt um Vertrauen: Eine maschinelle Fließbandoperation werde es nicht geben. Automaten sollten in der Medizin vielmehr eingesetzt werden, um Operationsrisiken zu minimieren und neue Behandlungsverfahren zu ermöglichen – beispielsweise, um das Augenlicht einer jungen Krebspatientin zu erhalten.

Im Fraktalen Krankenhaus

Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) beschränkt sein Medizin-Engagement nicht auf Roboter: Auch im Klinikmanagement erwirbt es sich Meriten. Es riecht zwar wie im Krankenhaus, aber es sieht nicht so aus. Auf der gynäkologischen Station der Klinik Bietigheim, unweit von Stuttgart, sitzen einige Frauen gemütlich in einem hellen, freundlichen Raum beim Frühstück. Werdende Mütter und solche, die es schon geworden sind, tauschen Erfahrungen aus. Sie lassen sich Zeit, plaudern, gießen Tee nach. An einem Frühstücksbuffet können sie sich mit Brötchen, Marmelade, Käse, Wurst und Eiern bedienen – wie im Hotel. An das hektisch servierte Frühstück am Krankenhausbett erinnert hier nichts. Der neue Frühstücksraum ist nur eine der Neuerungen an den Kliniken Ludwigsburg-Bietigheim. In drei Pilotprojekten wird seit vier Jahren ein neues Konzept getestet: das Fraktale Krankenhaus. Mit „Fraktalen“ – der Begriff kommt aus der Chaosforschung – sind hier kleine, leistungsfähige Einheiten gemeint, in sich geschlossen und eigenständig, jedoch durch ein übergeordnetes Prinzip verbunden.

Das Stuttgarter Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) entwickelte ein Konzept für Industrieunternehmen, das die Pyramiden-Hierarchie alten Schnittmusters mit ihren langen Entscheidungswegen durch fraktale Organisation ablöst. Dieses Konzept schien auch Krankenhausbetrieben interessant – angesichts der Einsparungen im Gesundheitswesen: Die schwerfällige Struktur der Kliniken mußte flexibler werden, der Klinikbetrieb billiger und patientenfreundlicher. Inzwischen arbeiten mehrere private und öffentliche Krankenhäuser nach dem IPA-Konzept des „Fraktalen Unternehmens“: beispielsweise das St. Marien- Hospital in Vechta, die Euro-Med-Clinic Fürth und das Kinderkrankenhaus Auf der Bult in Hannover. Die Kliniken Ludwigsburg-Bietigheim zählen mit fast 4000 Mitarbeitern zu den größten. „Der Krankenhausbetrieb muß dezentralisiert werden: Die Leute müssen direkt vor Ort, auf den Stationen, Entscheidungen treffen können“, fordert Ralf Wagner vom IPA. Dazu sei es notwendig, die verknöcherte klassische Säulenstruktur aufzulösen: Medizin, Pflege und Verwaltung sollen gemeinsam, schnell und unbürokratisch die Alltagsprobleme lösen.

Soweit die Theorie. Die Praxis im Bietigheimer Pilotprojekt zeigt: Zunächst muß Verständnis füreinander geschaffen und der Blick für die Aufgaben des anderen verbessert werden. In regelmäßigen Abständen treffen sich hier heute die Ärzte, Schwestern und Verwalter – ohne ihre Chefs. „In diesen Koordinationsteams wird ein angstfreier Raum für konstruktive Vorschläge geschaffen“, sagt Klinik-Mitarbeiterin Susanne Jansen, die das IPA-Konzept praktisch umsetzt.

Und gute Ideen gibt es offenbar genug. In der gynäkologischen Station wurde als Ergebnis der kollegialen Aussprache die Pflege komplett umgekrempelt. „Im Wochenbett ist eine junge Mutter normalerweise wie zweigeteilt“, weiß Susanne Jansen aus langjähriger Erfahrung: „Vom Bauchnabel aufwärts ist die Kinderkrankenschwester zuständig, um beispielsweise beim Stillen zu helfen, vom Bauchnabel abwärts hingegen wird die Mutter von den Schwestern der Wöchnerinnenstation versorgt.“ Nicht so in Bietigheim: Eine einzige Bezugsperson betreut Mutter und Kind. Gemeinsam, schnell, ohne Hierarchie-Pyramiden und unnötige Bürokratie: Nach diesen Prinzipien handelt das fraktal organisierte Team an den Kliniken Ludwigsburg-Bietigheim in der Nähe von Stuttgart. Ohne umfangreiche Umstrukturierungen ging das nicht ab. Auf der Station der Wöchnerinnen mußte ein Kinderzimmer eingerichtet und beide Stationen zusammengelegt werden. Die Krankenschwestern mußten sich zunächst gegenseitig schulen, da die Ausbildung der Erwachsenenpflege sich stark von der auf einer Kinderstation unterscheidet. Heute läuft die neue Station reibungslos – Mütter und Schwestern sind zufrieden, die angenehme Atmosphäre ist mit Händen zu greifen. Mitarbeiter und Patienten benachbarter Abteilungen blicken inzwischen fast neidvoll auf das Pilotprojekt in der Gynäkologie.

Infos im Internet

Links zur weltweiten Medizinrobotik-Szene: http://www-cami.imag.fr/~ydelnon/cas.html

Robotunterstützte Mikrochirurgie von NASA/JPL: http://robotics.jpl.nasa.gov/tasks/rams/homepage.html

Tanja Volz

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ge|fan|genneh|men  〈V. t. 187; hat; fig.〉 tief beeindrucken, in seinen Bann ziehen ● die Musik nimmt mich ganz gefangen; →a. gefangen ... mehr

Sin|gu|la|ri|tät  〈f. 20; unz.〉 1 singuläre Beschaffenheit 2 〈Meteor.〉 vereinzelte Abweichung von der für eine Jahreszeit üblichen Witterung, wie z. B. die Eisheiligen od. der Altweibersommer, die immer zur gleichen Zeit innerhalb des Jahres auftritt, nicht aber in jedem Jahr auftreten muss ... mehr

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