Präzise Assistenten im OP

Roboter-Technologien halten immer mehr Einzug in die moderne Medizin. Sie verbessern die Qualität von Diagnostik, Therapie und Pflege.

Ob eine steigende Lebenserwartung, wachsender Fachkräftemangel oder explodierende Kosten – das Gesundheitssystem steht vor großen Herausforderungen. Ein Schlüssel zur Bewältigung dieser Probleme ist der rasante medizinisch-technische Fortschritt. Was in der jüngeren Vergangenheit noch klang wie Science Fiction, ist heute längst Realität: Robotische Komponenten unterstützen Ärzte von der Diagnostik bis zur Behandlung – sicher, präzise und konstant. Künftig werden Roboter immer mehr unterstützende Aufgaben im Gesundheitswesen übernehmen können, beispielsweise als zuverlässige Assistenten des Chirurgen im Operationssaal oder als mechatronische Helfer bei der Rehabilitation und in der Pflege.

In vielen Bereichen des Gesundheitssystems sind Roboter bereits erfolgreich und erprobt im Einsatz. Dazu zählen roboterbasierte Systeme zur Röntgenbildgebung, für die Strahlentherapie und zur Patientenpositionierung. Der große Vorteil beim Einsatz von Robotern: Die Maschinen sind unermüdlich und auch im Notdienst rund um die Uhr höchst präzise und sichere Helfer des Facharztes.

Doch nicht nur bei Therapie und Diagnostik ist Robotertechnologie auf dem Vormarsch. Auch in der medizinischen und pflegerischen Logistik sind schon Roboter im Einsatz und unterstützen das Personal bei einfachen Tätigkeiten wie dem Wäschetransport in Krankenhäusern und Seniorenheimen. Wissenschaftler des Fraunhofer Instituts für Haushalts- und Assistenzrobotik in Stuttgart testen derzeit einen Roboter, der Altenpflegekräfte unterstützen soll. Der Prototyp kann unter anderem kellnern und Memory spielen. Die Entwicklung von Assistenzrobotern für die Pflege ist ein möglicher Weg, um der wachsenden Zahl der Pflegebedürftigen bei gleichzeitigem Fachkräftemangel gerecht zu werden. Das Statistische Bundesamt schätzt, dass die Zahl der Pflegefälle in Deutschland bis zum Jahr 2050 von derzeit gut 2,6 Millionen auf rund 4,5 Millionen wachsen wird.

Robotertechnik verbessert die Röntgenbildgebung

Ein Beispiel für den bereits etablierten Einsatz von robotischen Komponenten in der Medizin sind roboterbasierte Systeme der Röntgenbildgebung. Bei diesen Systemen ermöglicht es ein Roboter mit sechs Rotationsachsen dem Arzt, den sogenannten C-Bogen − ein C-förmiges Röntgengerät − flexibel um den Patienten herum zu positionieren. Damit kann die Angiographie auch während der Operation eingesetzt werden ohne den Patienten zu bewegen. Der elementare Vorteil des robotergeführten C-Bogens besteht darin, dass durch eine präzise durchgeführte Rotation des C-Bogens um den Patienten herum, direkt im OP hochwertige 3D-Röntgenbilder generiert werden können. So muss der Patient nicht in eine andere Abteilung des Krankenhauses, um beispielsweise CT Aufnahmen machen zulassen. Es wird viel wertvolle Zeit ein gespart. Der Operateur erhält daher nahezu in Echtzeit dreidimensionale Darstellungen über die Lage der Gefäße, der eingesetzten Instrumente oder der einzusetzenden Stent Implantate während eines gefäßchirurgischen Eingriffs. Diese Art der Kombination aus Interventionsraum mit 3D-Bildgebundsmöglichkeit wird daher „Hybrid-OR“ genannt. Er erhöht die Interventionssicherheit gerade bei komplexen Eingriffen wie zum Beispiel dem durch Katheter gestützten Ersatz von Herzklappen. Mit Hilfe der flexiblen und präzisen roboterbasierten Röntgenbildgebung ist es möglich, diesen Eingriff über einen minimalen Zugang in der Leiste vorzunehmen. Eine offene Operation am Brustkorb ist dann nicht mehr notwendig. Außerdem kann der Arzt komplexe Bewegungen des C-Bogens durchführen, zum Beispiel für Peripherieaufnahmen am Patienten bei geneigter Patientenliege, die mit herkömmlichen C-Bogen-Systemen nicht möglich sind.

Diese robotergestützten Angiographiesysteme sind zudem auch mit der Steuerung des ebenfalls robotischen Patiententisches gekoppelt, so dass bei einer Veränderung der Tischposition der C-Bogen automatisch folgt. Dieses Feature ist aus ergonomischen Gründen auch für die Ärzte sehr wertvoll, die oft stundenlang in gebeugter Haltung über dem Patienten arbeiten müssen. Besonders bei langwierigen Eingriffen, bei denen der Arzt eine schwere Bleischürze tragen muss, ist das von großem Vorteil. Wenn das System nicht gebraucht wird, lässt es sich auf kleinstem Raum parken oder der C-Bogen wird oben im Raum positioniert und steht somit nicht mehr im Weg. Das ist insbesondere in mehrfach genutzten Räumen für minimal-invasive und operative Eingriffe von besonderer Bedeutung, in denen keine 3D-Bildgebung erforderlich ist.

Roboterbasierte Krebstherapie erhöht die Präzision

Auch in der Krebsbekämpfung tragen robotische Komponenten bereits zur Verbesserung von Therapien bei, beispielsweise über robotergesteuerte Radiochirurgie-Systeme zur Tumorbekämpfung. Anstelle eines Skalpells kommt dabei ein hochenergetischer gebündelter Röntgenstrahl zum Einsatz, der von einem Roboterarm nacheinander aus sehr vielen verschiedenen Richtungen präzise auf den Tumor des Patienten ausgerichtet wird. Das System erzeugt auf diese Weise eine Dosisleistung, die exakt im Tumor am größten ist, wodurch das umliegende gesunde Gewebe geschont wird. Während der Therapie liegt der Patient frei auf dem Behandlungstisch, der ebenfalls robotisch angetrieben wird.

Eine besondere Eigenschaft robotergesteuerter Radiochirurgie-Systeme ist die Fähigkeit, atembeweglichen Tumoren mit dem Behandlungsstrahl punktgenau zu folgen. Denn Lungen-, Leber- oder Nierentumore können sich mit dem Ein- und Ausatmen mehrere Zentimeter bewegen, was eine präzise Bestrahlung schwierig macht. Konventionelle Bestrahlungsverfahren erfordern, dass der Patient in einen künstlichen Atemstillstand versetzt wird. Oder die Atembewegung wird durch spezielle Fixierungsmaßnahmen eingeschränkt und zusätzlich ein vergrößerter „Sicherheitsbereich“ bestrahlt, der dann auch gesundes Gewebe trifft. Ein roboterbasiertes Radiochirurgie-Systeme ist dagegen in der Lage „mitzuatmen“. Die äußere Atembewegung wird während der Behandlung über eine 3D-Kamera erfasst und mit der internen Tumorposition abgeglichen. Risikoarm und schonend folgt der Roboterkopf der Atmung und platziert die Strahlung exakt im Tumor. Das führt zu einer hohen Genauigkeit und Qualität der Therapie. Insbesondere bei Tumoren, bei denen ein chirurgischer Eingriff mit hohen Risiken verbunden wäre, wird diese Therapieform gewählt. In Deutschland sind inzwischen mehrere Zentren für die Behandlung mit roboterbasierten Radiochirurgie-Systemen entstanden. Am Europäischen Cyberknife Zentrum München-Großhadern (ECZM) wurden bis heute weit über 5.000 Behandlungen durchgeführt. Das Behandlungsspektrum reicht dabei von Tumoren im Schädel-Hirn-Bereich bis zur Bestrahlung von Krebs-Geschwulsten im Auge, an der Wirbelsäule sowie an Lunge, Leber und Niere.

Leichtbauroboter werden zum „Assistenzarzt“

Nicht nur auf Großrobotern basierende Anwendungen, wie in den geschilderten Beispielen, können in der Medizin zum Einsatz kommen. Künftig werden besonders kollaborative Leichtbauroboter immer mehr Assistenzaufgaben im Gesundheitswesen übernehmen. Durch ihre Sensitivität  sind diese Roboter in der Lage, den Facharzt „Hand in Hand“ zu unterstützen. Eine komplexe Kinematik und Sensorik und eine kantenlose Formgebung machen Leichtbauroboter zu feinfühligen Assistenten: Sie sind in der Lage, sich an Objekte heranzutasten, lassen sich vom Menschen sanft beiseite schieben und weichen selbstständig vor ihnen zurück. Mit diesen Eigenschaften können Leichtbauroboter zukünftig beispielsweise Chirurgen im Operationssaal assistieren oder physiotherapeutische Aufgaben in der Rehabilitation übernehmen.

Forschungskooperationen treiben die Entwicklung voran

In der Medizinbranche ist der Austausch zwischen Industrie und Wissenschaft besonders wichtig und eng. Zahlreiche Forschungsprojekte arbeiten aktuell an der Entwicklung neuer Medizinrobotik-Anwendungen.

Beispielsweise entwickeln die RWTH Aachen und das Universitätsklinikum Aachen derzeit „mechatronische Physiotherapeuten“ auf Basis eines Leichtbauroboters, der Patienten bei Übungseinheiten unterstützen kann – konstant und präzise, ohne Tagesschwankungen oder Ermüdungsanzeichen. Die Forderung nach häufigem, repetitivem Training legt eine roboterbasierte Rehabilitation nahe. Roboter können die Bewegung des Patienten initiieren und dabei den aktuellen Zustand sowie den individuellen Therapieplan berücksichtigen. Ohne dass zusätzliches therapeutisches Personal nötig wird. So wird dem Patienten die Möglichkeit gegeben, Übungen mit Hilfe des Roboters selbständig und in der benötigten Regelmäßigkeit und Konstanz zu praktizieren.

KUKA ist seit langem ein kompetenter Lieferant und Entwicklungspartner führender Unternehmen und Forschungseinrichtungen im Bereich Medizinrobotik. Modifizierte Lösungen aus erprobten Großroboter-Serien, beispielsweise basierend auf dem KR QUANTEC und der Robotersteuerung KR C4, werden bereits in Krankenhäusern eingesetzt – ob in der Angiographie, der Strahlentherapie, Der Hippo-Therapie oder zur Patientenpositionierung. Auch der KUKA Leichtbauroboter LBR Med wird in Kooperation mit verschiedenen Forschungseinrichtungen kontinuierlich den spezifischen Anforderungen der Medizinbranche angepasst. Dabei hat KUKA schon sehr früh auf eine offene und modulare Systemarchitektur der Steuerung gesetzt, die eine leichte Einbindung von externen Sensoren sowie der Software Dritter ermöglicht.

Die beschriebenen Entwicklungen zeigen, dass die Medizin-Robotik einen wachsenden Beitrag zum qualitativen Fortschritt der Gesundheitsbranche leistet. Mit der Hilfe robotischer Komponenten können bestehende Methoden der Diagnostik und Therapie deutlich präziser, sicherer, konstanter und auch kostengünstiger angewendet werden. Auch im wachsenden Bereich der Altenpflege können Roboter durch die Übernahme einfacher logistischer Routinetätigkeiten dem Fachpersonal mehr Zeit für die pflegerischen Aufgaben verschaffen. Damit wird der Einsatz robotischer Komponenten in der Medizin ein immer wichtigerer Faktor zur Stabilisierung unseres Gesundheitssystems.

Erfahren Sie mehr über KUKA Medical Robotics unter https://www.kuka.com/de-de/branchen/healthcare/kuka-medical-robotics

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