Roboter revolutionieren die Hirnchirurgie

Roboter sollten die Chirurgie voranbringen. Stattdessen gerieten sie wegen Operationsfehlern und hoher Kosten in Verruf. In der Hirnchirurgie kann die Technologie ihre Stärken bisher am besten ausspielen. Die maschinellen Assistenten sorgen für mehr Präzision und Effizienz bei heiklen Eingriffen.

Text Ralph Hofbauer
Illustration Liebana Goñi

05. November 2021

Illustration Neuromate "Gehirn" animiert

Die Erwartungen an den Operationsroboter Da Vinci waren gross: weniger Blutverlust, geringere Schmerzen und eine kürzere Genesungszeit. Doch die Markteinführung im Jahr 2000 stand unter keinem guten Stern. In den USA kam es wiederholt zu Operationsfehlern, teilweise mit tödlichen Folgen.

Trotzdem hat sich die Technologie etabliert. Heute wird Da Vinci von zahlreichen Spitälern zur Behandlung von Prostata- und Gebärmutterkrebs eingesetzt. Der Nutzen des OP-Roboters bleibt jedoch umstritten. Die Operationen sind deutlich teurer als manuelle Eingriffe und dauern in etwa gleich lang.

Auch in medizinischer Hinsicht lohnen sich die hohen Investitionen nur bedingt. Das Swiss Medical Board sieht keine nennenswerten Vorteile im Vergleich zur traditionellen Chirurgie. Zum gleichen Ergebnis kommen Studien aus den USA und Australien.

Doppelt so schnell wie von Hand

Grösser scheint das Potenzial der Robotik in der Hirnchirurgie. Hier heisst der Hoffnungsträger Neuromate. «Mit dem Roboter sind wir deutlich schneller am Ziel», sagt Niklaus Krayenbühl vom Universitäts-Kinderspital Zürich. Der Hirnchirurg hat in den letzten zwei Jahren rund 35 roboterunterstützte Operationen an Kindern zwischen zwei und 14 Jahren durchgeführt. Die Eingriffe dauerten im Schnitt etwa halb so lang wie mit herkömmlichen Methoden.

Der Zürcher Arzt schätzt den Roboter für seine Präzision, denn Hirnchirurgie ist mehr als nur Millimeterarbeit: «Die Toleranzgrenze liegt meist unter einem Millimeter», bemerkt Niklaus Krayenbühl. Eingriffe bei Kleinkindern sind besonders heikel, weil das Organ noch klein und besonders fragil ist.

Der Roboter arbeitet präziser als die besten Chirurgenhände – obwohl es diese nach wie vor braucht: «Der Roboter hat lediglich eine assistierende Funktion. Vollautomatische Eingriffe sind heute noch nicht denkbar.»

Illustration Neuromate "Roboter"

Eingriffe ohne Umwege

Der maschinelle Assistent vereinfacht das aufwändige Verfahren der Stereotaxie, das seit den 1940er-Jahren präzise Eingriffe am Hirn ermöglicht. Der Kopf des Patienten wird dabei in einem fest verschraubten Rahmen fixiert. Ein dreidimensionales Koordinatensystem erlaubt es, Hirnareale mit einem Zielbügel punktgenau anzuvisieren. Der Neuromate übernimmt die aufwändige Navigationsarbeit und den Abgleich mit den Röntgen-, CT- und MRT-Bildern.

«Wir arbeiten heute viel direkter», erklärt Niklaus Krayenbühl. «Wir können die Hirnareale in einem 3D-Modell ansteuern und alle Arbeiten mit dem Roboter ausführen – vom Bohren bis hin zum Setzen von Nadeln oder Elektroden. Früher mussten wir die Koordinaten erst vom Bildschirm auf den Rahmen übertragen und dann die Instrumente von Hand bedienen. Weil der Roboter zudem deutlich starrer ist als das Ringsystem, arbeiten damit wir auch präziser.»

Illustration Neuromate "Gehirn"

Hirntumore und Epilepsie im Visier

Der OP-Roboter bietet Unterstützung im Kampf gegen unterschiedlichste Hirnkrankheiten wie Parkinson oder Tourette. Das Kinderspital Zürich setzt ihn primär für die Diagnose von Tumoren und Epilepsie ein. Bei den meisten Einsätzen geht es um die Entnahme von Gewebeproben aus tief gelegenen oder besonders heiklen Hirnarealen. Das System eignet sich zudem für die Implantation von Elektroden, um eine therapieresistente Epilepsie abzuklären. Auch lassen sich damit Katheter für die Injektion von Medikamenten einsetzen oder Lasersonden, um damit krankhaftes Hirngewebe zu zerstören.

«Diese Eingriffe konnten wir alle bereits manuell durchführen, aber die Arbeit war sehr umständlich», sagt Niklaus Krayenbühl. Die Implantation von Elektroden bei einer Stereoelektroenzephalographie (SEEG) dauerte bisher fünf Stunden. Mit dem Roboter sind es nur noch zwei.

Gewisse Areale im Kleinhirn und im Hirnstamm erreichen wir heute einfacher.

Der Roboter eröffnet zudem auch neue Möglichkeiten: «Gewisse Areale im Kleinhirn und im Hirnstamm erreichen wir heute einfacher. Bisher kamen wir an diese nur mit Mühe heran, weil der Zielbügel in der Auslenkung limitiert war.»

Neuer Player in einem monopolistischen Markt

Das Kinderspital Zürich setzte den Neuromate 2019 als erstes Schweizer Spital ein. Mittlerweile steht das Gerät auch im Genfer und Zürcher Universitätsspital im Einsatz. Roboter sind in den Operationssälen des Landes bereits weitverbreitet: Die Schweiz hat weltweit die höchste Dichte an chirurgischen Robotern. Über 30 Stück stehen mittlerweile in den hiesigen Spitälern. Das sind pro Kopf fast dreimal so viele wie in Deutschland.

Bei allen OP-Robotern in der Schweiz – die drei Neuromate ausgenommen – handelt es sich um den Da Vinci. Der US-Hersteller Intuitive Surgicals hat im Markt für chirurgische Roboter de facto eine Monopolstellung inne. Der Ruf des Systems als Kostentreiber kommt nicht von ungefähr: Fast zwei Millionen Schweizer Franken kostet das Gerät. Hinzu kommen hohe Kosten für Service und Werkzeuge.

Illustration Neuromate "Spital"

Der Neuromate ist mit einem Preis von rund 400'000 Franken deutlich günstiger. Das Kinderspital Zürich ist zuversichtlich, dass die Zeitersparnis bei den Operationen die Mehrkosten im Unterhalt wettmacht. Auch könnte die höhere Präzision helfen, Komplikationen zu reduzieren und dadurch Kosten zu sparen.

Im Gegensatz zum Marktführer aus Kalifornien ist Medtech nicht das Kerngeschäft des Herstellers Renishaw. Das britische Unternehmen war ursprünglich auf Messtechnik für die Industrie spezialisiert und bietet heute unter anderem auch Systeme für den industriellen 3-D-Metalldruck an. In den letzten Jahren hat der Hersteller sein Know-how zunehmend in die Medizintechnik transferiert: Die Technologie für den Neuromate hat das Unternehmen 2008 durch einen Zukauf erworben. Mittlerweile hat Renishaw auch Lösungen für den 3-D-Druck von Prothesen im Angebot.

Künstliche Intelligenz sieht mehr

Neben der Hirnchirurgie und der Urologie setzt auch die Prothetik vereinzelt bereits Roboter ein, etwa um künstliche Hüftgelenke einzusetzen. So unterschiedlich die Einsatzgebiete auch sind, eins haben die OP-Roboter gemeinsam: Sie erlauben Eingriffe mit kleinstmöglichen Gewebeverletzungen.

Damit unterstützen sie die Entwicklung hin zur minimalinvasiven Chirurgie, die in den 1990er-Jahren einsetzte. Davon dürfte auch die Mikrochirurgie profitieren, bei der – wie in der Hirnchirurgie – mit stark vergrössernden Sehhilfen gearbeitet wird. «Roboter tragen dazu bei, dass die Mikrochirurgie noch präziser und schonender wird», stellt Niklaus Krayenbühl fest.

Künstliche Intelligenz könnte uns bei der Diagnose von Epilepsie möglicherweise grosse Dienste leisten.

Für die weitere Entwicklung der Chirurgie sind neben der Robotik auch andere neue Technologien entscheidend: «Molekulare Diagnostik und personifizierte Medizin werden in den nächsten Jahren Fortschritte bringen», ist Krayenbühl überzeugt. Potenzial sieht der Hirnchirurg auch in der künstlichen Intelligenz: «Die Bildanalyse ist eine der grossen Stärken von KI. Bei der Diagnose von Epilepsie könnte die Technologie uns möglicherweise grosse Dienste leisten.»

Niklaus Krayenbühl,  Neurochirurg im Universitäts-Kinderspital Zürich

Über Niklaus Krayenbühl, 
Neurochirurg im Universitäts-Kinderspital Zürich

Prof. Dr. med. Niklaus Krayenbühl wurde Anfang 2021 zum ersten Chefarzt für Kinder-Neurochirurgie in der Schweiz ernannt. Der 51-Jährige ist seit 2017 am Universitäts-Kinderspital Zürich tätig. Sein Hauptfokus liegt auf der Behandlung von kindlichen Hirntumoren und auf der Epilepsie-Chirurgie. Das Kinderspital Zürich gehört zu den Pionieren auf diesem Feld. Die auf Epilepsie-Abklärungen bei Kindern spezialisierte Abteilung EEG wurde bereits 1953 gegründet.


Als Kind interessierte ich mich für Autos, Flugzeuge und Raketen. Da ich aber mit zwei linken Händen geboren wurde und nicht gut im Rechnen bin, konnte ich nicht Ingenieur werden. Die Faszination für Technik ist geblieben, unter anderem, weil sich Mensch und Maschine immer näherkommen.
Illustration Liebana Goñi

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