OP-Technik: Mehr Flexibilität und bessere Bedienbarkeit

Interview mit Prof. Erwin Keeve, Berliner Zentrum für Mechatronische Medizintechnik (BZMM) an der Charité Berlin

Sanfter, sicherer, präziser, schneller – chirurgische Eingriffe müssen viele Ansprüche erfüllen: Gesetzliche Vorschriften zur Sicherheit, größtmöglicher Heilungserfolg, ökonomische Anforderungen der Krankenhäuser und der Wandel der Technik legen heutzutage die Rahmenbedingungen für Operationen fest. Damit verändern sich auch Operationssäle und ihre Einrichtung.

08.07.2014

Foto: Prof. Erwin Keeve

Prof. Erwin Keeve; ©privat

Prof. Erwin Keeve vom Berliner Zentrum für Mechatronische Medizintechnik (BZMM) an der Charité Berlin spricht auf MEDICA.de über den neuen 3D-Röntgenscanner ORBIT, chirurgische Navigationssysteme und die Operationssäle der Zukunft aus Sicht eines Ingenieurs.

Herr Prof. Keeve, welche Rolle spielt intraoperative Bildgebung derzeit?

Erwin Keeve: Es werden große Investments getätigt und hohe technologische Ziele in Angriff genommen, um intraoperative Bildgebung zu realisieren. Bestimmte Eingriffe lassen sich ohne diese Technologie überhaupt nicht durchführen, zum Beispiel das Einsetzen eines Stents oder von Implantaten im Bereich der Wirbelsäule. Man braucht sie für alle Eingriffe, bei denen der Chirurg genau wissen muss, wo sich Instrumente und Implantate befinden.

Am BZMM haben Sie den intraoperativen 3D-Scanner ORBIT entwickelt. Wie funktioniert er?

Keeve: Herkömmliche Bildgebungssysteme machen entweder 2D-Bilder oder sie bewegen sich nur auf einer Ebene in einer Kreisbahn um den Patienten, wenn sie 3D-Bilder machen. Dabei umgeben sie ihn als geschlossenes System. Das bedeutet auch, dass der Zugang zum Patienten durch das Gerät behindert wird. Diese Beschränkung haben wir mit ORBIT aufgelöst. Seine Röntgenquelle und Bildempfänger sind an jeweils einem Roboterarm befestigt und rotieren in beliebigen Winkelstellungen um den Patienten.

So können wir einerseits zu jeder Zeit einen Zugriff zum Patienten gewährleisten und haben andererseits auch die Bildqualität verbessert.
Foto: Röntgenscanner ORBIT bei der Erprobung am Phantom

Die Röntgenquelle und Bildempfänger des ORBIT sind an jeweils einem Roboterarm befestigt und rotieren in beliebigen Winkelstellungen um den Patienten; ©BZMM

Wie mussten bestehende Technologien weiterentwickelt werden, um das System zu realisieren?

Keeve: Zentral war hier die 3D-Rekonstruktion. Für die 3D-Bildgebung werden zuerst Einzelbilder in 2D aufgenommen. Das macht ORBIT genau so wie Systeme, die sich kreisförmig um den Patienten bewegen. Die Bildrekonstruktion bei einer beliebigen Bewegungsbahn um den Patienten ist allerdings komplexer als bei einer Kreisbahn. Bis vor wenigen Jahren konnten die notwendigen Berechnungen noch nicht in kurzer Zeit durchgeführt werden. Hier hat uns eine Eigenentwicklung in diesem Bereich geholfen. Außerdem sind heute die Rechnerkapazitäten auch so groß, dass die Aufnahme und das Rekonstruktionsverfahren nahezu gleich schnell ablaufen.

Bei endoskopischen Eingriffen ist die Navigation des Instruments im Körper sehr wichtig. Wie funktioniert sie?

Keeve: Es gibt zwei Möglichkeiten: entweder optisch oder elektromagnetisch. Bei der optischen Navigation sind am Schaft des Instruments, der immer außerhalb des Körpers ist, Lokalisatoren angebracht, die über Kamerasysteme erfasst werden. Meistens sind es zwei Kameras, die eine Stereosicht darauf haben. Darüber und durch die Geometrie des Instruments lässt sich die Position der Instrumentenspitze innerhalb des Körpers berechnen.

Bei elektromagnetischer Navigation wird ein relativ homogenes elektromagnetisches Feld am Patienten erzeugt. Eine kleine Spule in der Spitze des Instruments verursacht Änderungen der Feldstärke, die Aufschluss über die Position der Spitze geben.

Und wie wird bei diesen Technologien das Instrument im Verhältnis zum Patienten verortet?

Keeve: Dafür ist die Fachdisziplin der Registrierung zuständig. Natürlich genügt es nicht, nur die Instrumentenlage zu erfassen. Es muss auch die Lage des Patienten erfasst werden und beide Lagen müssen in Deckung gebracht werden.

Wie bei der Autonavigation braucht man einerseits ein Signal, andererseits eine Karte. Das Signal kommt vom Instrument, als Karte nutzen wir CT-Daten. Beide Daten werden zusammengebracht, indem markante Punkte der Patientenanatomie gemessen und mit den CT-Daten in Übereinstimmung gebracht werden, etwa die Nasen- oder Kinnspitze oder der Gehörgang.
Foto: Moderner OP an der Charité

OPs der Zukunft zeichnen sich dadurch aus, dass sie dem Erfolg der Operationen nicht im Weg stehen: Die Technologien sind flexibel, besser bedienbar und behindern die Ärzte nicht; ©BZMM

Ihr Institut entwickelt Endoskopie- und Navigationstechnologien. Welche Neuheiten gibt es in diesem Bereich?

Keeve: Da ist einerseits die durch die Firma Scopis, bei der es sich um eine Ausgründung unseres Instituts handelt, vermarktete Technologie. Sie vereint beide Navigationsarten, die optische und die elektromagnetische. Außerdem wird dort eine Technologie verwendet, mit der die Entfernung des Endoskops zum Gewebe gemessen wird. In das Endoskopiebild werden entsprechende Zentimeterangaben eingeblendet. Damit können Instrumente sicherer zum Ziel navigiert werden.

Zweitens evaluieren wir für die Firma Trumpf Medizinsysteme GmbH einen sprachgesteuerten Endoskophalter, der am OP-Tisch befestigt werden kann. Mit der Sprachsteuerung kann der Chirurg selbst das Endoskop bewegen und ist nicht auf die Hilfe eines Assistenten angewiesen, der Anweisungen möglicherweise anders als vom Chirurgen gewollt umsetzt. Außerdem arbeitet die Haltevorrichtung im Gegensatz zum Menschen zitterfrei.

Wohin wird sich die computerassistierte Chirurgie zukünftig entwickeln?

Keeve: Als Ingenieure in der Medizintechnik müssen wir der Bedienbarkeit der Geräte sehr viel mehr Aufmerksamkeit widmen. Es ist für einen Arzt alles andere als einfach, alle hochtechnisierten Geräte in heutigen OPs zu beherrschen. Der Endoskophalter ist ein gutes Beispiel für eine Lösung: Der Chirurg kann mit simpler Spracheingabe etwas erreichen, für das er ansonsten die Hilfe einer weiteren Person benötigt. Die braucht wiederum Platz im OP, der für andere Dinge verwendet werden könnte. Mit der sprachgesteuerten Mechanik werden also Platz am Patienten und Abläufe im OP gespart.

Wir müssen insgesamt erreichen, dass die Technologien im OP besser bedienbar sind und nicht dem Erfolg der Operation im Wege stehen.

Foto: Timo Roth; Copyright: B. Frommann

© B. Frommann




Das Interview wurde geführt von Timo Roth.

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