Weltpremiere: Humanoider Roboter operiert erstmals bei einer Gallenblasen-OP

Zwei humanoide Roboter stehen Seite an Seite am Operationstisch und entfernen gemeinsam eine Gallenblase. Für Kliniken könnte das später bedeuten: Operationen werden auch dort möglich, wo Chirurgen und große Spezialgeräte fehlen. Noch ist die Technik nicht für Menschen gedacht. Das Team der University of California San Diego (UCSD) testete sie zunächst in einer präklinischen Studie an Schweinen. Die Ergebnisse erschienen im Fachjournal Nature.

Die Operationen verliefen erfolgreich. Bei einem Eingriff arbeitete ein humanoider Roboter mit einem Chirurgen zusammen, der ihn direkt unterstützte. Im zweiten Fall übernahmen zwei ferngesteuerte Roboter gemeinsam die laparoskopische Gallenblasenentfernung. Schweine gehören zu einer Gruppe großer Säugetiere, wie sie häufig für chirurgische Vorversuche eingesetzt werden.

Humanoider Roboter operiert mit gewöhnlichen OP-Werkzeugen

Die Roboter unterscheiden sich deutlich von den bekannten Operationssystemen, die heute in vielen Kliniken eingesetzt werden. Statt einer großen Spezialmaschine verwendeten die Forscher einen rund 1,50 Meter hohen humanoiden Roboter mit zwei Armen und zwei Beinen. Das Modell wiegt etwa 27 Kilogramm und trägt den Spitznamen „Surgie“.

Damit der Roboter herkömmliche laparoskopische Instrumente greifen konnte, entwickelte das Team spezielle Adapter. Anschließend steuerten Chirurgen jede Bewegung aus der Ferne. Eigenständig traf der Roboter keine medizinischen Entscheidungen. Nach Angaben der Wissenschaftler arbeitete das System dabei ähnlich präzise wie etablierte teleoperierte Operationsroboter.

„Fernbediente und künftig auch autonome humanoide Roboter haben großes Potenzial, den Zugang zu lebenswichtigen Operationen zu verbessern, die Patienten sonst möglicherweise nicht erhalten würden“, sagt Michael Yip von der UCSD. Das könne helfen, den Mangel an Chirurgen zu entschärfen – nicht nur in den USA, sondern weltweit.

Kleine Roboter passen leichter in den OP

Ein Vorteil liegt in ihrer Bauweise. Herkömmliche Robotersysteme für Operationen wiegen rund 800 Kilogramm, benötigen mehrere Roboterarme und beanspruchen viel Platz im Operationssaal. Häufig müssen Kliniken ihre OP-Räume dafür eigens umbauen.

Der humanoide Roboter fällt deutlich kompakter aus. Er lässt sich bewegen und könnte deshalb auch dort eingesetzt werden, wo große Spezialtechnik kaum verfügbar ist. Dazu zählen ländliche Regionen, Katastrophengebiete oder militärische Einsätze. Auch für Raumfahrtmissionen halten die Forscher das Konzept grundsätzlich für interessant.

„Es kostet nur einen Bruchteil und benötigt auch nur einen Bruchteil des Platzes im Operationssaal“, sagt der Chirurg Shanglei Liu, der den Roboter während der Eingriffe steuerte. Dadurch lasse sich das System „von ländlichen Regionen über das Schlachtfeld bis hin zum Weltraum“ einsetzen.

Operationen dauern derzeit noch deutlich länger

Bis zum Einsatz in Krankenhäusern gibt es allerdings noch einige Hürden. Während der Versuche mussten die Forscher die Roboter mehrfach neu kalibrieren. Dadurch verlängerten sich die Operationen deutlich.

Hinzu kommt die Verzögerung zwischen den Bewegungen des Chirurgen am Steuergerät und der Reaktion des Roboters. Diese sogenannte Latenz spielt besonders dann eine Rolle, wenn Eingriffe über größere Entfernungen erfolgen sollen. Das Team arbeitet deshalb an einer schnelleren und stabileren Datenübertragung.

Nach Einschätzung der Wissenschaftler ist diese Entwicklung jedoch typisch für neue Operationssysteme. Auch die ersten robotergestützten laparoskopischen Eingriffe dauerten einst rund sechs Stunden. Heute benötigen Chirurgen dafür oft nur noch etwa 30 Minuten.

Roboter sollen Chirurgen künftig auch unterstützen

Die Forscher sehen für humanoide Roboter langfristig noch weitere Aufgaben im Operationssaal. Weil sie laufen und Gegenstände greifen können, könnten sie Instrumente holen, Material transportieren oder nach einem Eingriff beim Aufräumen helfen.

„Eines unserer Ziele ist die Entwicklung eines autonomen chirurgischen Assistenten“, sagt Yip. In vielen Regionen fehle Personal im OP-Team. Humanoide Roboter könnten dort künftig gemeinsam mit Ärzten arbeiten und medizinische Versorgung auch außerhalb klassischer Krankenhäuser ermöglichen.

Die jetzt veröffentlichte Arbeit macht allerdings ebenso deutlich, dass bis zu einem Einsatz am Menschen noch technische Herausforderungen gelöst werden müssen. Die Autoren bewerteten deshalb nicht nur die erfolgreichen Eingriffe, sondern auch die aktuelle Leistungsfähigkeit und die Grenzen der Technologie.

Dafür untersuchten sie die Roboter zunächst in Laborversuchen, anschließend in Nutzerstudien mit Personen unterschiedlicher chirurgischer Erfahrung und schließlich bei den präklinischen Eingriffen an Schweinen. So entstand erstmals eine systematische Einschätzung, wie nah heutige humanoide Roboter den Anforderungen minimalinvasiver Chirurgie bereits kommen.

Kurz zusammengefasst:

• Erstmals entfernten humanoide Roboter in einer präklinischen Studie an Schweinen erfolgreich eine Gallenblase.
• Ein Eingriff erfolgte im Team aus Roboter und Chirurg, ein zweiter mit zwei ferngesteuerten Robotern.
• Die Technik könnte später Operationen in Regionen erleichtern, in denen Fachpersonal und große OP-Systeme fehlen.

Übrigens: Roboter könnten künftig nicht nur im Operationssaal, sondern auch direkt im Mund präzise Aufgaben übernehmen. Ein Mini-System aus Basel soll Zähne für Kronen vorbereiten und damit womöglich zusätzliche Zahnarzttermine sparen – mehr dazu in unserem Artikel.

Bild: © ARClab