Roboter Star, Bild: Axel Krieger/popsci

Der Roboter Star ist der erste Chirurgieroboter, der autonom operieren kann. Bild: Axel Krieger/popsci

Drei metallische Arme kreisen über den Operationstisch. Unter ihnen ein Modell eines menschlichen Brustkorbs. Der Medizinroboter Miro des DLR-Instituts für Luft- und Raumfahrt ist bei der Arbeit. Er ist einer der OP-Roboter, die den Chirurgen am Operationstisch ersetzen sollen. Dabei ist dieser Schritt nicht verwunderlich. „Das Wenigste im OP wird heute noch per Hand gemacht, Ärzte haben heute für alles Geräte. Warum nicht auch für die Operation selbst?“, erklärt Alin Albu-Schäffer, Direktor des DLR-Instituts.

Nach Schätzung der International Federation of Robotics (IFR) erfolgten schon im Jahr 2012 mehr als 450.000 Prozeduren mit Medizinrobotern. Laut der IFR-Studie „World Robotics: Service Robots 2014“ sind 2013 etwa 1300 Medizinroboter zu einem Stückpreis von 1,5 Millionen Dollar verkauft worden.

Präzision der OP-Roboter

Roboter Miro, Bild: DLR
Der Roboter Miro unterstützt Ärzte bei ihrer Arbeit. Durch seine Präzision ist er vor allem für minimalinvasive Eingriffe geeignet. Bild: DLR

Und der Trend geht weiter zum Hightech-Chirurgen. Immerhin können mit der Präzision der OP-Roboter nun mehr Operationen mit minimal-Invasiven Eingriffen durchgeführt werden. So reicht dem Da-Vinci-Roboter laut Ärzteangaben bei einer Schilddrüsenoperation ein kleiner Schnitt in der Achselhöhle. Die Meinung über die Roboter-Kollegen ist eindeutig: Die Ergebnisse des Da Vinci seien in allen Fällen besser, als wenn ein Arzt ohne ihn die OP mache, erklärten verschiedene Ärzte, die bereits Erfahrungen mit dem OP-Roboter gesammelt haben. Andere Eingriffe seien aber immer noch erfolgreicher, wenn sie ein Arzt durchführe.

Auch wenn immer öfters der Roboter am OP-Tisch steht, müssen die Chirurgen ihn führen. Sie sind für jede Bewegung der Roboterarme verantwortlich und steuern etwa den Roboter Miro von einer Eingabestation aus. Die Medizin unterscheide hier zwischen der roboterassistierenden Chirurgie wie dem Da Vinci oder Miro und den automatisierten Systemen. Diese haben sich bisher noch nicht durchsetzen können. Grund dafür sind erste Tests in den 80er und 90er Jahren. Hier hat es Versuche gegeben, in denen das Fräsen des Knochens bei Hüft-OPs von vorprogrammierten Robotern durchgeführt wurde. Doch die Technik war noch nicht ausgereift, das System scheiterte. Bis heute.

Automatisierte Chirurgen

Roboter Star, Bild: Screenshot verlinktes Video/Wallstreet Journal
Der Roboter Star operiert autonom und zeigte bei einer Operation an Schweinen, wie genau er nähen kann. Bild: Screenshot verlinktes Video/Wallstreet Journal

US-Forscher des The Children’s National Medical Center in Washington haben einen Chirurgie-Roboter entwickelt, der autonom Darmgewebe operieren kann. In einem Machbarkeitsnachweis zeigte das Team an lebenden Schweinen, dass der Roboter autonom Darmgewebe millimetergenau auftrennen und zusammennähen kann. Wegen seiner extremen Verformbarkeit galt das Operieren dieses Gewebes für Maschinen bisher als kaum lösbare Herausforderung. Der Smart Tissue Autonomous Robot, kurz Star, ist dazu nun in der Lage. Er trat dabei auch gegen Ärzte an. Der Star sollte lebendes Gewebe im Labor und anschließend an einem Schwein in Narkose zusammennähen. Zum Vergleich führten Chirurgen die gleichen Aufgaben mit der Hand sowie mit dem System durch.

Das Resultat: Der überwachte autonome Roboterchirurg war besser als seine menschlichen Kollegen. Die Nähte des Roboters waren gleichmäßiger und die Naht klaffte nicht auseinander. In etwa 40 Prozent der Fälle bekam er menschliche Hilfe, etwa um den Faden zu holen oder zu halten. Den Rest schafft er allein. In puncto Geschwindigkeit kam er jedoch nicht an die Menschen heran: Der Roboter brauchte im Schnitt 50 Minuten für eine Aufgabe, die ein Mensch in unter 10 Minuten schafft.

Technik des Roboters Star

Star besteht aus einem Roboterarm und verschiedenen chirurgischen Instrumenten. Er ist mit einem 3D-Kamera-System mit Mikrolinsen und einer speziellen Infrarotkamera (Nah-Infrarot-Fluoreszenz) ausgestattet. Sie erkennt Marker, die zuvor in das Gewebe eingebracht wurden. Mit Hilfe dieser beiden Sehsysteme erkennt der Roboter, was er gerade macht.

Star arbeitet im Vergleich zum Roboter da Vinci und Miro vollständig autonom und muss nicht von einem Arzt angeleitet werden. Am Anfang wird programmiert, wie viele Stiche nötig sind und wie breit die Abstände seien dürfen. Dann arbeitet das System selbständig.

Mit dem Roboter Star wollten die amerikanischen Forscher zeigen, dass auch autonome Roboter in der Medizin eingesetzt werden können. Die Idee dahinter ist, dass Roboter-Systeme die Chirurgen unterstützen, um Komplikationen zu vermeiden und bessere Ergebnisse zu erzielen. Bis Star aber im OP zum Einsatz kommt, werden noch einige Jahre vergehen.

Roboter Star beim Operieren (Quelle: Wall Street Journal)