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Computerassistierte Chirurgie: mit Navigation zum Ziel
Die computerassistierte Chirurgie (Computer Assisted Surgery - CAS) hat in den verschiedensten chirurgischen Disziplinen Einzug gehalten. Unter dem Begriff werden Konzepte zur Unterstützung von chirurgischen Eingriffen von der prä- bis zur postoperativen Phase durch Computertechnologie zusammengefasst. Dazu gehört die bildgeführte Chirurgie ebenso wie die chirurgische Navigation oder die eher kritisch gesehene robotergestützte Chirurgie.
Report: Melanie Günther
Grundvoraussetzung für die CAS ist ein präzises Modell des Patienten. Daher werden verschiedenste Bildformate in der präoperativen Planungsphase – sei es aus CT, MRT oder PET-MRT – mithilfe einer Software aufbereitet und kombiniert. Prof. Markus Kleemann, Leiter des Bereichs Gefäß- und endovaskuläre Chirurgie am Universitätsklinikum Schleswig-Holstein, erläutert: „Hochauflösende Datensätze, die sich im Millimeterbereich befinden, können dreidimensional rekonstruiert werden. Dieses Bild wird dann auf den Patienten übertragen. Die Rekonstruktion vermittelt eine intuitivere Vorstellung des Befundes, beispielsweise von der Lage eines Tumors oder einer Gefäßerkrankung. Durch diese Visualisierung haben wir heute die Möglichkeit, Abstände, Durchmesser oder Volumina vor dem Eingriff zu berechnen und damit die Operationsstrategie zu präzisieren. “Die Umsetzung während der Operation setzt voraus, dass die aus den Bilddaten gewonnenen Informationen auf die Operationsverhältnisse übertragen werden können.
In einigen Fällen wird im Anschluss an die Bildrekonstruktion ein 3D-Modell des zu operierenden Organs oder Knochens hergestellt. Stents oder Implantate können so zur Probe platziert oder Zugänge simuliert werden, um so minimal-invasiv wie möglich zu arbeiten. Teilweise werden auf der Basis solcher individuellen Modelle auch Implantate passgenau hergestellt.
Die CAS wird vornehmlich in spezialisierten Kliniken eingesetzt, da sich das Verfahren nur für komplexe Fälle anbietet. Die per CAS generierten Daten können zwischen einzelnen Kliniken und Krankenhäusern transferiert werden. Das ist bei Patientenverlegungen oder teleradiologischen Konsultationen wichtig, wenn es um Zeit- und Informationsgewinn geht.
Von der präoperativen Planung zur Navigation
Minimalinvasive chirurgische Verfahren haben in den letzten Jahren erheblich zugenommen und sind zudem schonender und präziser geworden. Es ist daher sicherlich kein Zufall, dass die Entwicklung der CAS als Navigationshilfe mit der Verfeinerung minimal-invasiver Operationsverfahren einherging. Durch chirurgische Navigationssysteme erhalten die Operateure Zugang zu Strukturen, die ohne Navigation nicht erreichbar wären. Und sie erlauben es, deutlich präziser zu arbeiten – zum Wohle des Patienten.
Navigationssysteme basieren auf optischen oder elektromagnetischen Trackingsystemen. Prof. Michael Nerlich, Direktor der Klinik und Poliklinik für Unfallchirurgie am Universitätsklinikum Regensburg, arbeitet in seinem Fachgebiet beispielsweise mit 3D-Stereokameras: „Die Sensoren des Kamerasystems ermöglichen eine exakte räumliche Darstellung, die direkt auf den Bildschirm übertragen wird. Als Chirurg erkenne ich genau, wo ich mich gerade mit dem jeweiligen Instrument bewege. Das ist gerade bei Eingriffen an der Wirbelsäule, wo es um Millimeter geht, sehr hilfreich. Mit der Navigationshilfe können Schrauben, Drähte oder Implantate minimal-invasiv platziert werden.“
Handelsübliche Navigationssysteme arbeiten heute oft mit optischem und elektromagnetischem Tracking und verbinden so die Vorteile beider Verfahren. Was sich von Eingriff zu Eingriff unterscheiden kann, ist der mathematische Modelldatensatz, mit dem die Tracking-Daten synchronisiert, sprich „registriert“ werden.
Am Universitätsklinikum Schleswig-Holstein wird aktuell der Einsatz von Glasfaser-Navigationssystemen für die Gefäßchirurgie erforscht. „Wir bemühen uns im Rahmen der Weiterentwicklung minimal-invasiver endovaskulärer Verfahren, den Patienten weniger Strahlung und Kontrastmittel auszusetzen. Durch die in das Kathetersystem integrierte Glasfaser können wir die Position anhand intraoperativer Bildgebung kontrollieren und wissen dann sehr genau, wo unser Katheter im Gefäßsystem liegt“, erklärt Kleemann weiter.
Navigation als selbstlernendes System
Doch auch Navigationssysteme stoßen hin und wieder an ihre Grenzen, nämlich dann, wenn komplexe Eingriffe erforderlich sind, die die Software nicht in ihrem programmierten Repertoire hat. „Oft sind die Systeme auf Standardeingriffe ausgerichtet und können bei komplexen Fehlstellungen im Bereich der Knie- oder Hüftendoprothetik nicht eingesetzt werden. Deswegen würde man sich natürlich wünschen, dass diese Systeme künftig auf der Basis künstlicher Intelligenz selbstlernend agieren können“, so Nerlich weiter.
Nerlich könnte sich zudem vorstellen, dass sich Systeme etablieren, die individuell auf die Schwachstellen und Stärken eines Chirurgen zugeschnitten sind. Sie könnten Warnhinweise geben, wenn die Bewegung abweicht. „Aktuell wird an wissensbasierten Systemen geforscht, die auf den individuellen Chirurgen eingehen und ein personalisiertes Operieren erlauben. Im Bereich CAS gibt es noch ein großes, ausbaufähiges Entwicklungsfeld.“
Mensch vs. Maschine
Neben der chirurgischen Navigation ist auch die robotergestützte Chirurgie ein Feld, das nicht neu ist. Kleemann stellt klar: „Die Roboterchirurgie geht mit der Vorstellung einher, dass ein Roboter automatisch operiert. Das stimmt so nicht. Eigentlich handelt es um sogenannte Master-Slave-Systeme mit einer Bedienkonsole und einem patientennahen Stativ mit drei oder vier Roboterarmen, das diese Bewegung letztendlich ausführt.“
Das bekannteste System ist das telerobotische daVinci-System, zu dem es allerdings keine aussagekräftigen wissenschaftlichen Daten gebe, die einen expliziten Patientennutzen des Gerätes nachwiesen, so Kleemann weiter. Die hohen Kosten legten hier eine klare Marketingstrategie nahe. Auch Nerlich äußert sich ähnlich. Der „Methusalem“ unter den Systemen hätte eigentlich schon längst überarbeitet und weiterentwickelt werden müssen. Neuere Entwicklungen gingen laut Kleemann zwar bereits in Richtung haptische Rückkopplung wie beim Chirurgieroboter MiroSurge, ein Forschungsprojekt des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e. V. Allerdings ändere dies nichts an der Kosten-Nutzen-Frage. „Zwar hat diese Technik eine enorme Anziehungskraft für Patienten, jedoch glaube ich nicht daran, dass der Chirurgenstand irgendwann einmal von Robotern abgelöst wird.“ Dafür fehlten die evidenzbasierten Daten und Fakten, die einen effektiven Nutzen nachweisen.
17.08.2016
