Präziser als ein menschlicher Chirurg hat der OP-Roboter STAR eine Operation an weichem Gewebe durchgeführt – vollständig autonom. Durch ein innovatives Tracking-System kann er Bewegungen zum Beispiel im Muskel während der OP ausgleichen.
Der Einsatz von Robotersystemen bei Operationen ist nicht mehr neu – schon seit mehreren Jahren wird zum Beispiel das Da-Vinci-Operationssystem in Kliniken weltweit eingesetzt. Doch bisher kontrollierten immer noch Ärzte die Maschine, im Grunde genommen waren die eingesetzten Systeme nichts anderes als ferngesteuerte Hilfsmittel. Doch jetzt gibt es einen Roboter, der Operationen autonom, das heißt ohne Steuerung durch den Arzt, durchführt. Der von Forschern des US-amerikanischen Children‘s National Health Systems entwickelte OP-Roboter „Smart Tissue Autonomous Robot“ (STAR) ist sogar präziser als ein menschlicher Chirurg. Obwohl der Roboter mehr Zeit benötigt hat als sein menschlicher Gegenspieler, konnten die Resultate letztlich überzeugen. Chirurgen und Wissenschaftler des Sheikh Zayed Instituts in Washington demonstrierten die Fähigkeiten des Roboters anhand einer Operation an leblosem Gewebe eines Schweins, aber auch an lebenden Tieren. STAR plante und führte die Wundnaht autonom durch, ein Arzt überwachte den Roboter nur.
Qualität der Operation verbessern
STAR wurde speziell entwickelt, um weiches Gewebe wie Muskeln, Sehnen, Bänder, Nerven, Adern und Bindegewebe zu operieren. Aktuell werden in den USA rund 44,5 Millionen chirurgische Eingriffe an Weichgewebe pro Jahr vorgenommen. „Unsere Ergebnisse zeigen das Potenzial autonomer Roboter, um Wirksamkeit, Beständigkeit, Funktionsniveau und den Zugang zu chirurgischen Techniken zu verbessern“, so Dr. Peter C. Kim, Vizepräsident und Chefchirurg am Sheikh Zayed Institut. „Das Ziel dieser Demonstration ist nicht, den Chirurgen zu ersetzen, sondern wir wollen die menschliche Leistung und Fähigkeit durch Sehvermögen, Geschick und komplementäre Maschinenintelligenz für bessere chirurgische Ergebnisse erweitern.“
Bisher waren Operationen an weichem Gewebe rein manuelle Tätigkeiten und konnten nicht von Robotern unterstützt werden. Der Grund liegt vor allem darin, dass bei einer Operation von weichem Gewebe immer wieder unvorhersehbare elastische und plastische Änderungen auftreten, die vom Chirurgen kontinuierlich Anpassungen erfordern.
Das Ziel ist nicht, den Chirurgen zu ersetzen, sondernde menschliche Leistung und Fähigkeit zu erweitern.
System passt sich in Echtzeit an
STAR löst diese Aufgabe mit einem Tracking-System, das Nah-Infrarot-Fluoreszenzmarker und 3D-Lichtfeldkameras kombiniert. Plenoptische Kameras erfassen neben den üblichen zwei Bilddimensionen auch die Richtung einfallender Lichtstrahlen. Durch die zusätzliche Dimension enthalten plenoptische Aufnahmen Informationen über die Bildtiefe. Mit diesem System ist es möglich, Bewegungen und Veränderungen des Gewebes während des chirurgischen Eingriffs exakt zu erkennen. Das Tracking-System ist mit einem intelligenten Algorithmus kombiniert, der den Eingriff steuert und Anpassungen an Gewebeveränderungen in Echtzeit vornimmt. STAR ist zudem mit druckempfindlichen Sensoren, einer Submillimeter-Positionierung und angetriebenen chirurgischen Werkzeugen ausgestattet. Sein Leichtbau-Roboterarm ermöglicht Bewegungen mit acht Freiheitsgraden.
Nachdem der Roboter seine Effektivität bewiesen hat, besteht laut Dr. Kim der nächste Schritt darin, die chirurgischen Werkzeuge weiter zu minimieren und die Sensoren zu verbessern, um einen breiteren Einsatz für das STAR-System zu ermöglichen. Er geht davon aus, dass das System – oder Teile der Technologie – innerhalb von zwei Jahren in Kliniken eingesetzt werden könnte.