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Robotisches Visualisierung – Effizienz in der Chirurgie

Deutscher Zukunftspreis: Team 2

Deutscher Zukunftspreis - Die Menschen werden immer älter – und benötigen dadurch mehr medizinische Behandlungen. Zugleich wächst weltweit die Bevölkerung. Wie lässt sich dennoch gewährleisten, dass Patienten so effizient und wirkungsvoll wie möglich behandelt werden können? Selbst bei komplizierten und schwierigen Operationen? Die drei für den Deutschen Zukunftspreis Nominierten haben eine innovative Plattform entwickelt, die dafür die Grundlage schafft – und zugleich Ärzte und Pflegepersonal entlastet. Ihr Potenzial entfaltet die Technik zunächst in der Neurochirurgie.

Prof. Dr. Andreas Raabe, Dr. Michelangelo Masini und Frank Seitzinger haben ein völlig neuartiges Visualisierungssystem für mikrochirurgische Eingriffe geschaffen. Es unterstützt Chirurgen bei Eingriffen an der Wirbelsäule oder am Gehirn durch automatisierte Funktionen und einzigartige Einblicke in den Körper. Das System erlaubt kürzere und schonendere Operationen, mit denen sich zugleich ein bestmögliches Ergebnis erzielen lässt.

Dazu hat Michelangelo Masini das auf Robotertechnik basierende System mit drei zentralen Innovationen ausgestattet. Diese liefern dem Chirurgen und seinem Team alle erforderlichen Informationen, um während des Eingriffs fundierte Entscheidungen treffen zu können. Frank Seitzinger war für die Produktdefinition und Markteinführung des Systems verantwortlich. Andreas Raabe unterstützte die Entwicklung in allen Phasen des Projekts als erfahrener Partner aus der klinischen Praxis.

Michelangelo Masini leitet den Bereich Forschung und Entwicklung bei Carl Zeiss Meditec in Oberkochen und ist dort insbesondere für Visualisierungssysteme verantwortlich. Frank Seitzinger ist bei dem Unternehmen Leiter des Geschäftsfelds Visualisierung. Andreas Raabe ist Direktor der Neurochirurgischen Universitätsklinik am Inselspital in Bern.

Die Zahl der Operationen an Wirbelsäule oder Gehirn wächst kontinuierlich. Aneurysmen und Missbildungen von Blutgefäßen werden durch Einsetzen einer Klammer verschlossen.

Tumore des Gehirns müssen entfernt werden. Eine anspruchsvolle Operation, bei der es entscheidend darauf ankommt, das tumoröse Gewebe komplett und präzise herauszutrennen und dabei die Funktionen des Gehirns vollständig zu erhalten.

Dabei helfen hochspezialisierte Operationsmikroskope. Sie erlauben einen direkten Blick auf und in das operierte Körperareal. Allerdings: Um jederzeit den operierten Bereich überschauen zu können, muss der Chirurg das Mikroskop immer wieder nachführen – was bei herkömmlichen Geräten per Hand erfolgt und einen großen Teil der Operationszeit und der Aufmerksamkeit des Mediziners beansprucht. Zudem ist die Körperhaltung beim Blick durch das Okular für den Arzt oft anstrengend.

Einschränkungen, die Forscher und Entwickler bei Carl Zeiss Meditec mit dem neuartigen Visualisierungssystem jetzt beseitigen konnten. Denn die darin integrierte Robotertechnik ermöglicht ein automatisches Verfahren des Systems. Zudem lassen sich wichtige Punkte im Operationsbereich speichern und auf Knopfdruck jederzeit wieder exakt ansteuern. Das hilft etwa beim Aufspüren der Ursache von Blutungen. Und: Dank der automatischen Positionierung des Mikroskops kann der Arzt seine Hände stets an den Operationsinstrumenten lassen.

Mit einer zweiten Innovation haben die Nominierten das Konzept einer digitalen hybriden Visualisierung und der Nutzung von Augmented Reality – der Erweiterung der realen Ansicht durch überlagerte, virtuelle Informationen – entwickelt und umgesetzt.

Damit ist es erstmals möglich, das Operationsfeld wahlweise - wie bisher - durch das Okular oder exoskopisch - also in digitaler Form als ultrahochauflösendes Bild auf einem Monitor – zu betrachten.

Durch eine bessere ergonomische Haltung kann der Chirurg so zugleich konzentriert und entspannt arbeiten. Auch lassen sich bestimmte Hirnstrukturen hervorheben, mit Fluoreszenzaufnahmen kombinieren oder dem Operationsplan überlagern, um etwa den genauen Umriss eines Tumors zu erkennen.

Die Wiedergabe auf mehreren Bildschirmen ermöglicht es außerdem, dass neben dem Chirurgen auch die anderen Mitglieder des Operationsteams stets die aktuellen Aufnahmen des Operationsfelds vor Augen haben.

Per Streaming lassen sich die Bilder zudem in hoher Qualität live übertragen oder aufzeichnen – zum Beispiel, um Fachkollegen zu konsultieren, oder für die Ausbildung von Medizin-Studenten.

Als dritte innovative Säule enthält ZEISS KINEVO 900 ein Tool zur Mikroinspektion, das mit dem Visualisierungssystem „Plug & Play“ verbunden werden kann. Die Folge: Während mit einem normalen Operationsmikroskop nur erkennbar ist, was sich in der Sichtlinie der Optik befindet, kann man mit dem neuen System quasi "um die Ecke schauen".

So lassen sich auch Regionen einsehen, die eigentlich durch anderes Gewebe verdeckt sind. Ein großer Gewinn für den Chirurgen und den Patienten. Denn das verringert das Risiko belastender Folgeoperationen.

Treiber medizinischer Bildgebung

Carl Zeiss Meditec hat das robotische Visualisierungssystem, das neben den drei Kerninnovationen rund 100 weitere Neuerungen umfasst, im Frühjahr 2017 am Markt eingeführt. Inzwischen ist die Plattform, für die bislang über 180 Patente in elf Ländern angemeldet wurden, in mehr als 100 Ländern für den klinischen Einsatz zugelassen.

Sie kommt bei jährlich mehreren hunderttausend neurochirurgischen Operationen zum Einsatz – an vielen Universitätskliniken und immer mehr chirurgischen Facheinrichtungen.

Das modular aufgebaute System wird ständig weiterentwickelt und ist zum Treiber einer Digitalisierung der medizinischen Bildgebung geworden – nicht nur in der Neurochirurgie. Auch bei anderen Anwendungen wie zum Beispiel bei Augenoperationen wird es zunehmend eingesetzt. Zudem werden regelmäßig neue Funktionen in die Plattform aufgenommen – zuletzt etwa Algorithmen mit Künstlicher Intelligenz. Damit lassen sich bestimmte Gewebemuster zuverlässig erkennen – etwa um krankes von gesundem Gewebe zu unterscheiden.

Der wirtschaftliche Nutzen der Innovation ergibt sich nicht nur durch Umsatz mit Operationsmikroskopen und medizinischer Visualisierungstechnik. – Das weltweite Marktvolumen wird auf rund 750 Millionen Euro jährlich geschätzt. - Er ergibt sich vor allem auch durch eine Steigerung der Effizienz im Gesundheitssystem: Kürzere Operationszeiten sowie eine schnellere Genesung der Patienten durch eine höhere Qualität der Therapie führen zu deutlich geringeren Kosten für die gesamte Gesellschaft.

Welches der drei normierten Projekte die Jury am Ende überzeugen kann, entscheidet sich erst in einer letzten Sitzung am 25. November 2020. Bundespräsident Frank-Walter Steinmeier zeichnet dann am Abend in einer festlichen Veranstaltung die Preisträger mit den Deutschen Zukunftspreis 2020 aus.

PREVIEW onlinePressekontakt
Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft e.V.
Geschäftsstelle Deutscher Zukunftspreis
Baedekerstraße 1
45128 Essen
T.: 0201 - 84 010



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Treiber der medizinischen Bildgebung: Robotisches Visualisierung – Effizienz in der Chirurgie
Quelle: Zukunftspreis
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(v.l.n.r.) Dr.-Ing. Michelangelo Masini (Carl Zeiss Meditec AG), Prof. Dr. med. Andreas Raabe (Inselspital Bern) Frank Seitzinger (Carl Zeiss Meditec AG)
Quelle: Zukunftspreis
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Der Deutsche Zukunftspreis wird am 25. November vom Bundespräsidenten verliehen.
Quelle: Zukunftspreis
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