Cochlea-Implantate: mit dem Roboter sicher zum Ziel

Interview mit Prof. Dr.-Ing. Stefan Weber, ARTORG Center for Biomedical Engineering Research, Universität Bern

22.05.2017

Cochlea-Implantate geben bereits seit vielen Jahren Menschen mit bestimmten Formen des Hörverlusts das Gehör wieder. Für Chirurgen bedeutet die Implantation feinste Millimeterarbeit unter dem Mikroskop, denn je besser die Elektrode des Implantats platziert wurde, desto besser sind die Ergebnisse für den Patienten. Der Einsatz eines OP-Roboters kann die Genauigkeit des Eingriffs erhöhen.
Bild: Mann mit rot-braunem Haar und blauem Hemd - Prof. Stefan Weber; Copyright: privat

Prof. Stefan Weber; ©privat

Im Interview mit MEDICA.de spricht Prof. Stefan Weber über die weltweit erste roboterassistierte Cochlea-Implantation, wie eine Bohrung im Sub-Millimeterbereich dabei abgesichert wird und welche weiteren Einsatzmöglichkeiten diese Operationstechnik bietet.

Herr Prof. Weber, wie verläuft eine konventionelle Cochlea-Implantation?

Prof. Stefan Weber: Zunächst legt der Chirurg über eine Mastoidektomie einen Zugang zum Mittelohr an. Das heißt, das Felsenbein, also der Schädelknochen hinter dem Ohr, wird trichterförmig aufgefräst. In etwa einem Zentimeter Tiefe liegen dort der Gesichts- und der Geschmacksnerv. Zwischen diesen Nerven hindurch wird ein schmaler Tunnel gebohrt. Dazu sind etwa zwei Millimeter Platz. Dahinter liegt die Mittelohrhöhle, in der man die Wand der Cochlea sehen kann. Diese muss aufgebohrt werden, damit man einen Zugang zur Cochlea erhält, durch den die Silikonelektrode des Implantats eingeführt werden kann.

Welche Schwierigkeiten bestehen dabei?

Weber: Am schwierigsten ist es, die Elektrode optimal in der Cochlea zu platzieren. Das heißt, sie muss ausreichend tief, aber nicht zu tief eingebracht werden, um die optimale Implantatfunktion zu gewährleisten. Der Chirurg betrachtet das Operationsfeld dabei durch ein Mikroskop und arbeitet auf Sicht. Er verlässt sich aber auch auf seine Erfahrung, zum Beispiel was die Lage der beiden Nerven angeht.

Bild: Schwarz-weißes Bild, in dem einige Körperstrukturen farbig hervorgehoben sind; Copyright: ARTORG Center for Biomedical Engineering Research, Universität Bern

Der CI-Roboter dringt im geplanten Winkel vom Ohr aus direkt in das Innenohr ein. Gelb: Gesichtsnerv; Orange: Geschmacksnerv; Hellblau: Hörschnecke; Dunkelblau: Hintere Wand des äußeren Gehörgangs; Lila: Gehörknöchelchen; Grün: Geplante Trajektorie; Grau: Bohrstück; © ARTORG, Universität Bern

Wie sieht demgegenüber der von Ihnen entwickelte roboterassistierte Eingriff aus?

Weber: Das Gesamtkonzept des Eingriffs ist ähnlich wie beim konventionellen, nur dass der Roboter den Chirurgen in den einzelnen Abschnitten unterstützt. Im Vorfeld wird anhand von CT-Bildern geplant, an welcher Stelle die Bohrung stattfindet. Zu Beginn bohrt der Roboter minimal-invasiv einen geraden, dünnen Tunnel durch das Felsenbein. Beim Eröffnen der Cochlea kommt es darauf an, möglichst wenig Störungen und Turbulenzen in ihrem Inneren zu erzeugen. Abschließend wird unter Verwendung von Messinstrumenten die Elektrode in der Cochlea platziert.

Die Idee, die Cochlea-Implantation mithilfe eines Roboters durchzuführen, gibt es schon länger. Sie ergibt sich aufgrund der Größenmaßstäbe, in denen Chirurgen in diesem Bereich arbeiten, und der Limitierung des menschlichen taktilen Gefühls, um die Elektrode einzubringen. Ein Roboter ist eben in der Lage, auf diesem Niveau Kräfte und Bewegungsmomente besser zu messen und zu dosieren und auf diese Weise sehr präzise bestimmte Orte zu erreichen.

Bild: OP-Roboter mit Kamerasystem über einem Patientenphantom; Copyright: ARTORG Center for Biomedical Engineering Research, Universität Bern

Roboter ausgerichtet auf die geplante Trajektorie auf dem Phantommodell; ©ARTORG Center for Biomedical Engineering Research, Universität Bern

Im Juli 2016 wurde der erste Eingriff mit dieser Methode durchgeführt. Was war das Ergebnis?

Weber: Der erste Eingriff verlief sehr gut. Wir haben den Patienten damit erfolgreich implantiert. Der Eingriff hatte im Wesentlichen einen Validierungscharakter für die Methode, denn es war wirklich die weltweit erste roboterassistierte Cochlea-Implantation. Im Augenblick sind wir bei insgesamt fünf Patienten, die wir innerhalb der Studie behandelt haben.

Es geht bei dem Projekt aber nicht primär darum, den Eingriff schneller oder präziser durchzuführen. Primär wollen wir zeigen, dass wir mit dem roboterassistierten Eingriff bessere Ergebnisse für die Patienten erzielen können – also hinsichtlich der audiologischen Parameter, die später für sie relevant sind. Ich denke, da befinden wir uns auf einem guten Weg, auch wenn die Ergebnisse wegen der begrenzten Anzahl an Patienten bisher statistisch nicht relevant sind.

Bild: Grafik, das ein implantiertes Cochlea-Implantat im Schädel zeigt; Copyright: ARTORG Center for Biomedical Engineering Research, Universität Bern

Innenohr mit Tunnelzugang; ©ARTORG Center for Biomedical Engineering Research, Universität Bern

Sie haben in das Verfahren drei unterschiedliche Sicherheitssysteme integriert. Können Sie kurz erklären, wie diese funktionieren?

Weber: Chirurgieroboter werden noch immer visuell durch den Chirurgen kontrolliert. Sie arbeiten auf der Basis eines optischen Navigationssystems, das die Lage des Roboters im Raum relativ zum Patienten misst, bevor es einen Fräs- oder Bohrvorgang vornimmt. Der Chirurg entscheidet nach diesem Einmessen stets, ob der Roboter eingeschaltet werden kann. Die Herausforderung bei der Cochlea ist, dass wesentlich genauer operiert werden muss als zum Beispiel bei orthopädischen Eingriffen, um den Gesichts- und den Geschmacksnerv nicht zu verletzen. Der Bohrer muss hier auf wenige Zehntelmillimeter exakt sein. Das kann der Chirurg von außen nicht erkennen.

Deshalb verwenden wir erstens ein hochgenaues, optisches Tracking, das bis auf 50 Mikrometer genau die Position des Roboters relativ zum Patienten erfassen und steuern kann.

Zweitens messen wir Bohrkräfte und korrelieren sie mit der Knochendichte, die wir aus den CT-Daten ableiten. Je höher die Knochendichte ist, desto höher ist die auftretende Bohrkraft. Anhand des Dichteverlaufs im Knochen können wir die Position des Bohrers bestimmen. Diese Daten vergleichen wir mit der optischen Positionsmessung.

Drittens verwenden wir Neuromonitoring. Dazu schicken wir von einer Elektrode kleine Stromimpulse in den Bohrkanal. Im Gesicht des Patienten können wir dann über Oberflächenelektroden messen, wie die Gesichtsmuskeln auf diese Stimulation reagieren. Daraus können wir ableiten, ob der Roboter möglicherweise zu nahe am Gesichtsnerv bohrt.

Wenn wir über einen dieser drei Wege feststellen, dass der Roboter an der falschen Stelle bohrt, kann der Chirurg jederzeit den Eingriff stoppen. Dann muss er konventionell zu Ende operieren.

Bild: Chirurg im OP bei der Bedienung des Cochlea-Roboters; Copyright: Gianni Pauciello/HNO-Klinik Inselspital Bern

Chirurg im OP bei der roboter-assistierten Cochlea-Implantation; ©Gianni Pauciello/HNO-Klinik Inselspital Bern

Gibt es weitere mögliche Anwendungen für diese Operationstechnik?

Weber: Einerseits könnte man sie nutzen, um an einer bestimmten Stelle im Innenohr gezielt Medikamente zu verabreichen. Denkbar wären zum Beispiel Wirkstoffe, die die Regeneration oder die Neubildung der Haarzellen in der Cochlea fördern. Das sind die Zellen, die die mechanische Bewegung in der Flüssigkeit des Innenohrs in einen elektrischen Impuls umsetzen und so das Hören ermöglichen.

Ein zweites mögliches Thema ist die Behandlung von Gleichgewichtsstörungen mit Implantaten, die in die Vestibularis-Kanäle des Gleichgewichtsorgans eingebracht werden. Auch hier könnte man eine minimal-invasive Implantation mit unserem Verfahren erreichen.

Foto: Timo Roth; Copyright: B. Frommann

© B. Frommann

Das Interview wurde geführt von Timo Roth.
MEDICA.de