Die Zukunft des Operierens hat schon begonnen

Als zentrale Kostenstelle und Aushängeschild einer Klinik macht die digitale Transformation erst recht nicht vor dem OP-Saal halt. Sie hält dort auf vielfältige Weise Einzug, immer mit der Prämisse, das Risiko für Komplikationen während einer OP zu senken.

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Cornelia
Wels-Maug

Allein in Deutschland wurden in 2017 laut Statistischem Bundesamt, 7,1 Millionen (oder 38 Prozent) der 18,9 Millionen stationär in allgemeinen Krankenhäusern behandelten Patienten operiert. Der Operationsaal ist nicht nur das Herzstück eines Krankenhauses, sondern auch dessen zentrale Kostenstelle: „Eine Minute im Operationssaal ist die teuerste Minute im gesamten Klinikbetrieb“, verweist Professor Orlando Guntinas-Lichius, Direktor der Klinik für Hals-, Nasen- und Ohrenheilkunde am Universitätsklinikum Jena. Da sich die Ausgaben für Personal und Material im Operationsbereich ungefähr auf ein Drittel der Gesamtausgaben eines Hospitals belaufen, ist das in der Regel Anreiz genug, Faktoren, die zum Erfolg einer Operation (OP) beitragen, einschließlich der verschiedenen Arbeitsabläufe, zu optimieren. Dies ist umso wichtiger, da der Ruf eines Krankenhauses entscheidend von der Erfolgsrate der chirurgischen Eingriffe und der Sicherheit der Patienten abhängt.

Einschleusen neuer Ideen und Technologien

Die digitale Transformation macht keinesfalls an der Schleuse zum OP halt: künstliche Intelligenz (KI), Maschinelles Lernen, erweiterte virtuelle sowie gemischte Realität, Robotik und moderne Bildgebungstechniken sind schon heute dort keine Fremdkörper mehr. Sie werden schon während der OPs eingesetzt, aber auch zu deren Vorbereitung sowie zu Trainings- und Fortbildungszwecken. Dies geschieht allerdings noch nicht im großen Maßstab. Doch es gibt vielversprechende Ansätze, die dazu beitragen können, die Präzision der chirurgischen Eingriffe zu verbessern und dadurch das Risiko, umliegende Organe, Nerven oder Blutgefäße zu verletzen, vermindern. Auch bieten sie neue Möglichkeiten, diese Fertigkeiten mit Operateuren in verschiedenen Kliniken in einem größeren Umfang als bisher, teilen zu können. Hier stellen wir einige dieser Anwendungsbeispiele vor.

Ein haptisch-visuelles Lernsystem für chirurgische Eingriffe

Operieren ist ein Handwerk, das gelernt sein will. „Man muss das üben. Aber das Üben an Humanpräparaten ist teuer und deren Beschaffung aufwändig, und Tierpräparate aus dem Schlachthof sind schwierig zu bekommen. Modelle aus dem 3-D-Drucker wären zwar eine Alternative, aber mit 200 € bis 300 € pro Stück, sind die Kosten einfach zu hoch“, skizziert PD Dr. Thomas Wittenberg, Chief Scientist & Research Manager am Fraunhofer Institut für Integrierte Schaltungen IIS, das Dilemma. Eine Lösung bietet ein chirurgischer Simulator, wie er aus der Zusammenarbeit des IIS mit Partnern des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Projekts HapitVisT entwickelt wurde. Hierbei handelt es sich um ein haptisch-visuelles Trainingssystem für chirurgische Eingriffe an komplexen Knochenstrukturen. Es bedient sich klinischer Bildgebungsverfahren wie Computertomografie (CT) und Magnetresonanztomografie (MRT) sowie Elementen aus dem Genre „Serious Games“, um eine immersive Didaktik zu generieren. Momentan kann das System zum Training minimalinvasiver Handchirurgie sowie für Implantationen am Innenohr eingesetzt werden.

Operation am gläsernen Patienten

Seit September dieses Jahres werden am Hamburger Marienkrankenhaus Kieferhöhlenoperationen mit Unterstützung modernster Technologie, dem Virtual Surgery Intelligence (VSI) System von apoQlar, durchgeführt. Es projiziert alle für die jeweilige OP benötigten Informationen in ein virtuelles Bild in die reale Umgebung und macht dadurch Bildschirme im OP obsolet.

Die Projektionen basieren auf den Datensätzen zweidimensionaler CT- beziehungsweise MRT-Aufnahmen, die dann mittels einer Software in dreidimensionale anatomische Landkarten verwandelt werden. Sofern der Operateur eine Mixed-Reality-Brille, in diesem Fall HoloLens, trägt, werden die 3-D-Projektionen im tatsächlichen Raum abgebildet. Das erzeugte virtuelle Bild schwebt dann förmlich über dem zu operierenden Körperteil des Patienten, während die reale Umgebung weiterhin für den Chirurgen sichtbar bleibt und sich dessen Hände ungehindert bewegen können. Der Operateur kann die dargestellten Objekte bewegen, um sie herumgehen, in sie eintauchen und die Pathologie aus allen Blickwinkeln studieren. Neben den CT- und MRT-Bildern können auch andere relevante Informationen über den Patienten aufgerufen und dargestellt werden, beispielsweise Laborwerte oder OP-Berichte. Das System selbst wird über Sprache und Gestik gesteuert.

Nach eineinhalbjähriger Entwicklungszeit führt Dr. Hans-J. von Lücken, Oberarzt an der Klinik für HNO-Heilkunde, Kopf-, Hals- und plastische Gesichtschirurgie am Marienkrankenhaus, nun Operationen mit dem VSI-System in der Kieferhöhle durch: „Wir beginnen mit Operationen der Kieferhöhle, sie ist knöchern begrenzt, das ist ideal. Diese Technologie ermöglicht eine viel genauere Darstellung anatomischer Strukturen, dadurch konnten wir den Genauigkeitsbereich auf 2 mm verbessern – auch, wenn dies immer noch nicht genau genug ist, ist es ein großer Fortschritt. Die farbige Präsentation nervaler Strukturen lässt das Ganze wie eine 3-D-Karte erscheinen“, erklärt von Lücken enthusiastisch.

Obgleich die Brille schwer ist, findet von Lücken es „vergleichsweise einfacher, damit zu operieren, auf jeden Fall macht es Spaß. Der Ausdruck „gläserner“ Patient ist für mich als Operateur ausschließlich positiv besetzt“, denn er steht für eine höhere Präzision, mit der ein chirurgischer Eingriff vorgenommen werden kann.

Die Zeit für die eigentliche OP verkürzt sich aktuell noch nicht durch die Unterstützung mit der neuen Technologie, aber sie wird sicherer. Zurzeit braucht von Lücken etwa zehn Minuten, um das System auf die OP vorzubereiten – d. h. insbesondere, die 3-D-Aufnahmen exakt auf dem OP-Situs zu fixieren. Aber diese Verzögerung nimmt von Lücken im Hinblick auf die damit verbundenen Vorteile gerne in Kauf, zumal mit wachsender Zahl an OPs auch die Planungszeit sinkt.

Darüber hinaus erweist sich das System auch über den OP-Saal hinaus als nützlich, und zwar für die einer Operation vorausgehende Patientenaufklärung. „Die visuelle Darstellung ist viel unmittelbarer für den Patienten verständlich“, weiß von Lücken aus eigener Erfahrung zu berichten.

Dies ist auch ein wichtiger Punkt, Patienten mögliche Berührungsängste mit der neuen Technologie zu nehmen, denn so können sie diese unmittelbar als hilfreich erleben.

Roboter im Einsatz

Auch Roboter haben schon seit längerem Zutritt zum Operationssaal erhalten. Die Klinik für Allgemein-, Viszeral- und Transplantationschirurgie (AVTC) der Universitätsmedizin Mainz operiert mit der jüngsten Version des OP-Roboters, dem daVinci Xi, der es ermöglicht, während der OP wichtige Gefäße zehnfach zu vergrößern und in sehr hoher Auflösung dreidimensional darzustellen. Dadurch könne der Operateur schon während der OP die Durchblutung von transpositionierten Organen, wie etwa einem Schlauchmagen als Speiseröhrenersatz, überprüfen. Seit Kurzem offeriert die AVTC im Rahmen einer chirurgischen Fortbildung, die Durchführung einer robotischen Speisenröhrenchirurgie live mitzuerleben.

Die AVTC sei dabei eines der wenigen Case Observation Center in der Chirurgie in ganz Deutschland und das erste Case Observation Center speziell für robotische Speiseröhrenchirurgie. Der Mehrwert des Einsatzes des modernsten, vierarmigen OP-Roboters sei vielfältig und eigne sich besonders für den komplexen Zweihöhleneingriff an der Speiseröhre.

"Bei Krebsoperationen können wir beispielsweise den Tumor präziser und radikaler entfernen", erläutert PD Dr. Peter Grimminger, Leiter der Magen- und Speiseröhrenchirurgie der AVTC. Er weist darauf hin, dass es dadurch besser gelänge, „die umliegenden Organe wie beispielsweise Nerven, Luftröhre, Lunge oder Bauchspeicheldrüse sicher zu schonen, wodurch die Organe durch den Eingriff kaum beeinträchtigt werden – das Komplikationsrisiko ist also deutlich geringer."

Erstellen einer Krebsdiagnose während einer OP

Ein interdisziplinäres Forscherteam hat einen optischen Ansatz entwickelt, der es erlaubt, schon während einer Krebsoperation „schnell, schonend und verlässlich“ zu diagnostizieren, ob auch wirklich der gesamte Tumor entfernt wurde. Dieses von einem Jenaer Wissenschaftlerteam entwickelte Schnellverfahren kann innerhalb von 20 Minuten Gewissheit verschaffen, und erspart dem Patienten das bisher übliche wochenlange Warten. Dazu werden drei unterschiedliche Bildgebungstechniken miteinander verbunden, sodass noch während der Operation räumlich hoch aufgelöste Bilder der Gewebestruktur erstellt werden können. Mittels einer Software können dann Muster und molekulare Details visualisiert werden, die den Operateuren helfen, Tumorzellen zu identifizieren. Aufgrund dieser Information entscheidet das OP-Team, wie viel Gewebe weggeschnitten werden muss. Diese automatisierte Gewebeanalyse verspricht ein verlässlicheres Ergebnis als die derzeit übliche Schnellschnittanalyse, die nur von erfahrenen Pathologen durchgeführt werden kann und zusätzlich auch noch nachträglich abgesichert werden muss.

„Wir können mit dem von uns entwickelten Verfahren wesentlich genauer arbeiten und erhalten die Informationen unmittelbar“, unterstreicht Guntinas-Lichius die Bedeutung dieses neuen Verfahrens. Dies sei umso wichtiger, wenn man bedenkt, dass derzeit bei knapp jeder 10. Tumoroperation im Kopf-Hals-Bereich nachträglich Krebszellen gefunden werden, gibt Guntinas-Lichius zu bedenken.

Wer operiert in Zukunft?

Die Möglichkeiten des Einsatzes Technologien, die sich künstliche Intelligenz sowie erweiterte/virtuelle Realität und maschinelles Lernen zunutze machen, sind verheißungsvoll und vielfältig. Sie reichen vom Training, über Fortbildung hin zu verbesserten Operationsmethoden. Es wird an weitaus mehr Anwendungen gearbeitet, als wir in diesem Artikel darstellen können; sie umfassen das Einüben von Notfallinterventionen, Therapien zur Schmerzlinderung und Rehabilitationszwecken.

Es gilt auch, über die mit diesen technischen Entwicklungen zusammenhängenden ethischen Aspekt zu diskutieren: Wie gehen wir mit Techniken um, die die Defizite normaler menschlicher Fähigkeiten kompensieren und prolongieren und solchen, die auf eine Erweiterung dem Menschen bisher so nicht gegebener Fähigkeiten (beispielsweise den Ersatz menschlicher Fähigkeiten durch intelligente Umgebungstechnik) abzielen?

Trotz aller Avancen in der Technologie im Operationssaal steht es bisher noch nicht infrage, dass sie dem Operateur assistiert, ihn jedoch nicht verdrängt.

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