Fortschritt: Roboter-Chirurg kann jetzt auch im weichen Gewebe operieren
Der neue Roboter-Chirurg, den US-Forscher entwickelt haben, benötigt kaum noch Unterstützung von menschlichen Ärzten. Fast selbstständig vernäht er zwei Darmenden in einer echten Operation miteinander, souverän und präzise. Das Operieren in weichem Gewebe ist ein entscheidender Schritt in der Roboter-Chirurgie.
Benötigt kaum noch Unterstützung von menschlichen Ärzten: der neue Roboter-Chirurg Star.
Foto: Carla Schaffer/AAAS
Die Operation ist Millimeter-Arbeit und von einem erfahrenen Chirurgen in etwa acht Minuten zu schaffen. Der Roboter-Chirurg, den US-Forscher am Sheikh Zayed Institut für Innovation in der Kinderchirurgie in Washington D.C. entwickelt haben, braucht für dieselbe OP über 30 Minuten. Aber allein die Tatsache, dass der Roboter mit nur wenig menschlicher Unterstützung zwei Darmenden zusammennähen konnte, ist eine kleine Sensation. Bislang wurden Roboter eingesetzt, wenn es um die Arbeit am harten Material ging, etwa beim Heraussägen des Loches für eine Hüftprothese. Nun also kann die Maschine also auch mit weichem Gewebe umgehen.
Leuchtfeldkamera mit mehreren Mikrolinsen
Star, so der Name des Roboters, steht für „Smart Tissue Autonomous Robot“ und wurde von Dr. Peter C. Kim, dem Vize-Präsident und leitendem Chirurgen des Instituts entwickelt. Gemeinsam mit Axel Krieger, der seinen Master in Mechatronik an der Universität Karlsruhe gemacht hat und sich dann an der Johns Hopkins Universität in Baltimore in seiner Promotion auf Medizinische Robotik spezialisierte.
„Unsere Absicht ist nicht, den menschlichen Chirurgen zu ersetzen“, stellt Kim klar. „Wir wollen die menschlichen Fähigkeiten erweitern durch verbesserte Sicht, Geschicklichkeit und zusätzlicher technischer Intelligenz, damit das chirurgische Ergebnis besser wird.“
Noch benötigt der Roboter bisweilen mehr Zeit für seine „Handgriffe“ bei der OP, dafür arbeitet er aber präziser.
Quelle: Sheikh Zayed Institute for Pediatric Surgical Innovation/Children's National Health System
Wichtigste Ausstattung für den neuen Roboter-Chirurgen ist eine plenoptische Kamera, die das dreidimensionale Lichtfeld eines Motivs über mehrere Mikrolinsen vor dem Bildsensor erfasst. Dadurch wird nicht nur die Position und Intensität eines Lichtstrahls erkannt, sondern auch die Richtung, aus der er kommt. Über fluoreszierende Leuchtpunkte, die auf dem Stück Darm, das operiert werden soll, aufgeklebt wurden, findet dann der Roboter mit Hilfe der Leuchtfeldkamera seinen präzisen Weg.
Star bei manchen Operationstechniken langsamer, aber präziser
Wenn sich die Rundnadel beim Durchstechen durch das Gewebe zieht und dieses verformt, kann das Kamera-Marker-System alles in Echtzeit verarbeiten und seine Bewegungen entsprechend anpassen, gesteuert von einem intelligenten Algorithmus. Der Roboter vernähte die beiden Darmenden, auch in mehreren Operationen an lebenden Schweinen – die alle überlebten – sehr präzise.
Beim Vernähen ist Präzision gefragt.
Quelle: Carla Schaffer/AAAS
Nur an wenigen schwierigen Stellen mussten die Wissenschaftler etwas nachjustieren. „Das sind nur kleine Hilfestellungen. Vielleicht, wie wenn ein Baby die ersten Schritte macht, da ist man nervös und will sicher sein das es nicht fällt. Aber der Roboter wird in Zukunft völlig autonom arbeiten können“, sagt Kim.
Dem Star-Roboter steht eine große Zukunft bevor, so hoffen die Wissenschaftler. Außer der plenoptischen Kamera verfügt der künstliche Chirurg auch über einen Drucksensor, bewegt sich sicher im Submillimeter-Bereich und kann mit unterschiedlichen chirurgischen Instrumenten umgehen.
Auch einen leichtgewichtigen robotischen Arm, der am Bett befestigt werden kann, haben die Wissenschaftler gebaut. Noch ist Star, je nachdem mit welcher Technik operiert wird, langsamer als der erfahrene Chirurg. Allerdings bleibt der Roboter hinsichtlich der Präzision, zum Beispiel bei den Abständen zwischen den einzelnen Stichen, unübertroffen. Dadurch werden mögliche durchlässige Stellen verhindert und die Wundheilung wird verbessert.
Als nächsten Schritt will Dr. Kim mit seinem Team das gesamte System weiter verkleinern und die Sensoren verbessern. Mit dem richtigen Partner, meint Kim, könne Star in den nächsten zwei Jahren klinisch erprobt werden.
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