Roboterschlange für die Chirurgie

Forscher an der Carnegie Mellon University (CMU) haben einen Endoskop-Arm entwickelt, der Chirurgen kritische Herzoperationen mit nur einem Einschnitt erlauben soll. Der so genannte CardioArm ist ein gebogener Roboter, der aus einer Reihe von Gelenken besteht, die sich automatisch den vom Kopf vorgegebenen Bewegungen anpassen und diesem folgen. Die Steuerung erlaubt eine deutlich höhere Präzision als bei einem flexiblen Endoskop. "Ein solches System ist sicher leichter zu kontrollieren", meint Robert Webster III, Professor an der Vanderbilt University, der selbst an flexiblen medizinischen Sonden arbeitet.

Der CardioArm wird vom Operateur mit Hilfe eines Computers und eines Joysticks bedient. Er besitzt eine Bewegungsfreiheit von 102 Grad, drei davon lassen sich gleichzeitig steuern. So kann das Gerät durch einen einzigen Punkt in der Brust in den Körper gelangen und sich sogar um das Herz schlängeln, bis die richtige Stelle erreicht ist. Dort lässt sich dann beispielsweise problematisches Gewebe entfernen. "Das Schöne daran ist, dass jedes Gelenk sich dorthin bewegt, wo man es im Körper haben möchte. Das wäre mit einer anderen Gestaltung gar nicht immer möglich", sagt Webster. Diese filigrane Kontrolle hilft dabei, dass die Sonde beim Eindringen in den Körper nicht an sensibles Gewebe stößt. Der Nachteil solcher Gelenkroboter ist allerdings, dass sie sich schwerer miniaturisieren lassen dürften.

Die kleinste Version des CardioArm ist derzeit 300 Millimeter lang und hat einen Durchmesser von 12 Millimetern. Die CMU-Forscher hoffen aber, dass sie ihre Schlange eines Tages klein genug bauen können, dass sie durch ein Blutgefäß in die Blutbahn schlüpfen kann. Marco Zenati, einer der am CardioArm maßgeblich beteiligten Wissenschaftler und Professor für Chirurgie an der University of Pittsburgh, gibt sich optimistisch.

Der Mediziner hat in der Vergangenheit bereits einige Roboterassistenten bei Operationen eingesetzt und kennt ihre aktuellen Nachteile. Das bekannte "Da Vinci"-System könne beispielsweise nicht in enge Bereiche des menschlichen Körpers vordringen, sagt er. So sind dann fünf bis sechs Schnitte notwendig.

Das Bedürfnis nach fortschrittlicheren Robotern für die minimalinvasive Chirurgie wurde Zenati so schnell offenbar. Er tat sich deshalb mit Howie Choset, der an der CMU bereits an Kriechautomaten arbeitete sowie Alon Wolf, Gründer und Direktor des Labors für Biorobotik am Technion in Israel, zusammen.

"Wir arbeiten daran, nur einen einzigen Eintrittspunkt im Körper zu nutzen. Von diesem Punkt aus soll jeder Ort erreicht werden können", sagt Zenati. Bislang habe es noch keine Technologie gegeben, die das könne. "Der CardioArm ist die derzeit einzige."

Die Sonde wird vom Start-up Cardiorobotics kommerzialisiert. Die Firma hatten Zenati und Choset bereits 2005 als Innovention Technologies gegründet. Erfolgreiche kardiovaskuläre Operationen gelangen mit dem Prototypen bereits an neun Schweinen und zwei menschlichen Leichen, berichtet Choset. Laut der Website von Cardiorobotics sollen klinische Tests am Menschen noch in diesem Jahr beginnen.

"Bei der minimal invasiven Chirurgie hat man entweder ein geradliniges und starres Laparoskop vor sich oder ein flexibles Endoskop, das leicht knicken kann. Es gibt kein Instrument, das sowohl flexibel als auch starr ist", meint der Wissenschaftler. Der CardioArm biete nun beide Vorteile.

"Ich denke, dass Choset eine gute Plattform geschaffen hat, an die gewünschten Stellen im Körper vorzudringen", meint Nabil Simaan, Juniorprofessor an der Columbia University, der selbst an schlangenartigen medizinischen Sonden für den Unterleibsbereich arbeitet.

Das CMO-Team hofft, dass sich der CardioArm künftig auch ganz ohne Schnitte verwenden lässt. Bei dieser Technik wird die Sonde in bestehende Körperöffnungen wie den Mund eingeführt, um postoperative Schmerzen zu vermeiden und Erholzeiten zu beschleunigen. Vorstellbar sei auch ein System, das krakenartig vorgeht, meint Choset. Dann könnten zwei oder drei "Tentakel" durch einen einzelnen Einschnitt in den Körper gelangen und von dort aus zur zu behandelnden Stelle vordringen. (bsc)