Archiv "Herzchirurgie: Wenn ein Roboterarm das Skalpell führt" (07.07.2000)

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onzertmusik durchströmt den schmucklosen, weiß gekachelten Saal. In seiner Diagonale sitzt vor einer wuchtigen Konsole – das einzige Inventarstück dieses großen Raumes – eine grün gekleidete Person; ihr Blick konzentriert sich auf einen Farbmoni- tor; mit jeweils zwei Fingern ihrer Hän- de, die auf einem Stützkissen ruhen, be- dient sie elektronische Mani-

pulatoren. Diesen Komman- dos folgend bewegen sich in einem angrenzenden Raum Ro- boterarme wie von Geister- hand. Über ein Mikrophon hält die Person Kontakt zur

„Außenwelt“.

Diese Szene spielt sich we- der in der Sicherheitszone eines Kernkraftwerks ab, noch handelt es sich um einen Science- Fiction-Film von Steven Spiel- berg; diese Handlung ist seit drei Jahren mit Regelmäßig- keit in einem Saal des Herzzen- trums Leipzig zu beobachten.

An diesem Tag steuert dort Dr.

Volkmar Falk einen herzchirurgischen Roboter, der 1998 erstmals in Deutschland in Be- trieb genommen wurde, wäh- rend im angrenzenden, eigent-

lichen Operationsraum sein Kollege, Privatdozent Dr. Anno Diegeler, die störungsfreie Funktion der High-Tech- Anlage kontrolliert.

So gut wie nicht sichtbar – in einem scheinbaren Wirrwarr von Technik, Ka- beln, Instrumentarium und Plastikpla- nen – ist die Hauptperson der Hand- lung: ein 67-jähriger Koronarpatient mit einer Eingefäßstenose, der weltweit

zu den wenigen Herzpatienten gehört, die bereits von Roboterhand operiert werden. Gerade in den letzten Wochen überschlagen sich in der Fach- wie in der Laienpresse die Meldungen über chirurgische Eingriffe per Roboter.

Handelte es sich primär um eine Domä- ne der Orthopäden und der Neurochir- urgen, um Implantate mit dem Fräsro-

boter passgenau zu installieren und in den Strukturen des Zentralnervensy- stems möglichst gewebeschonend zu operieren, nutzen zunehmend auch Herzchirurgen die Vorteile der „stäh- lernen Operateure“. Der Einsatz von Robotern in diesem Fachbereich ba- siert auf den Entwicklungen der minimal-invasiven Chirurgie, deren An- spruch es ist, das Operationstrauma zu

verringern und die postoperative Phase für den Patienten zu erleichtern.

Ähnlich wie in der Gastroenterolo- gie, wo nicht die Entfernung der Gal- lenblase aus dem Leberbett, sondern vielmehr die Situseröffnung dem Pati- enten starke postoperative Schmerzen und Immobilität beschert, wird das

„operative Trauma“ in der Herzchirur- gie nicht durch die Manipulationen am Herzen, sondern durch die Sternotomie verursacht. Die Eröffnung des Brust- korbs war außerdem bis vor kurzem die Voraussetzung für den Anschluss der Herz-Lungen-Maschine.

Über verschiedene Verfahren hat man in den letzten Jahren versucht, sowohl den operativen Zugang zum Her- zen zu verkleinern, als auch auf den Ein- satz der Herz-Lungen-Maschine zu ver- zichten. So verzeichnet die Leistungssta- tistik der Deutschen Gesellschaft für Herz-, Thorax- und Gefäßchirurgie, die den minimal-invasiven Verfahren in diesem Jahr erstmals ein eigenes Kapi- tel widmete, deutliche Steige- rungsraten bei Bypassoperati- on mit Sternotomie, aber ohne Herz-Lungen-Maschine.

Zunehmend akzeptiert wird auch das so genannte MID- CAB-Verfahren (Minimally Invasive Direct Coronary Ar- tery Bypass), bei der ein Ein- fach- oder Zweifachbypass nach linkslateraler Minithora- kotomie unter direkter Sicht am schlagenden Herzen und ohne Herz-Lungen-Maschine präpariert wird. Dabei wird eine „bis zu 20-minütige Ischä- mie durch den okkludierten Ramus interventricularis anterior in der Regel ohne we- sentliche EKG-Veränderun- gen und hämodynamische Be- einträchtigung toleriert“, er- klärt Prof. Friedrich-Wilhelm Mohr, Direktor der Klinik für Herzchir- urgie am Herzzentrum Leipzig. „Dieses Verfahren eignet sich besonders für Pa- tienten mit einer schwierigen Stenose des Ramus interventricularis anterior der linken Koronararterie.“

Endoskopische Eingriffe am und im Herzen konnten erst weiter entwickelt werden, als Bypass-Systeme zur Vergü- gung standen, die einen kardioplegi- P O L I T I K

A1870 Deutsches ÄrzteblattJg. 97Heft 277. Juli 2000

Herzchirurgie

Wenn ein Roboterarm das Skalpell führt

Minimal-invasive Operationsverfahren, neue Formen der extrakorporalen Zirkulation und der Einsatz von

Telemanipulatorsystemen haben das Experimentalstadium an großen herzchirurgischen Zentren bereits verlassen.

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schen Herzstillstand ermögli- chen, ohne dass der Thorax eröffnet werden muss. Be- währt hat sich inzwischen die in Stanford entwickelte „Port- Acces-Technologie“, bei der die extrakorporale Zirkulation über die Femoralgefäße der rechten Leiste angeschlossen wird.

Hierbei wird ein Y-förmiges Kanülierungssystem mit Bal- lonkatheter über die Arteria femoralis unter transösopha- gealer echokardiographischer Kontrolle in die Aorta ascen- dens vorgeschoben und kurz

vor der Aortenklappe plaziert. Nach Okklusion der Aorta wird über das glei- che System die kardioplegische Lösung in die Aortenwurzel infundiert und so- mit ein Herzstillstand induziert. Damit sind für den Kardiochirurgen optimale Bedingungen für einen minimal-invasiven Eingriff geschaffen.

Inzwischen gibt es weltweit zahl- reiche Chirurgen, die endoskopische Herzoperationen mit Erfolg durchfüh- ren. Wie Prof. Richard Shemin (Bo-

ston) auf der Tagung der American Heart Association in Atlanta berichte- te, wurden weltweit bisher rund 35 000 kardiochirurgische Patienten minimal- invasiv operiert – und zwar allein in den Vereinigten Staaten in 81 Lokationen.

Shemin betonte, dass die Mortalitäts- rate der minimal-invasiven Bypass- chirurgie nicht höher sei als bei konven- tioneller Operation. Angesichts dieser

„Gleichwertigkeit“ stellt sich die Frage, weshalb in der Herzchirurgie dem-

nächst Roboter „das Skalpell übernehmen“ sollten. Handelt es sich hierbei nicht um eine technische Spielerei?

Für Mohr und sein Team, welches die Robotertechnik mit international anerkannten Pionierleistungen voran getrie- ben hat, ist die Antwort eindeu- tig: „Der Telemanipulator wird höchste Präzision zum Stan- dard werden lassen.“ Mohr ver- weist in diesem Zusammen- hang auf ein Beispiel der Stati- stik, wonach bei konventionel- ler Operation in fünf bis zehn Prozent der Fälle iatrogene Verengungen an der Einmündung des Bypasses beobachtet werden: „Diese Rate ließe sich durch die hohe Präzision des Roboters in Zukunft sicherlich verringern.“ Auch für den US-Herzchirur- gen Prof. Ralph J. Damiano vom Hershy Medical Center der Penn State Universi- ty werden die Vorteile der Methode in absehbarer Zeit die heute noch beste- henden Probleme – wie die längeren Operationszeiten – überwiegen: „Denn der Roboter verstärkt die Geschicklich- keit des Operateurs.“

Wie funktioniert ein Herz-Roboter?

Während in der Orthopädie „Off-line“-Roboter eingesetzt werden, die selbstständig vorher programmierte Bewegungsabläufe durchführen (Frä- sen eines Knochens), handelt es sich bei den in der Herzchirurgie um „On- line“-Systeme, die zu jedem Zeitpunkt in der Kontrolle des Operateurs sind.

Inzwischen bietet die Industrie verschiedene Typen von Robotern an. Am Herzzentrum Leipzig hat man sich für das Intuitive Telemanipulationssystem (Intuitive Surgical, Mountain View, Ka- lifornien) entschieden, „weil sich dieser Roboter durch eine besonders große Beweglichkeit auszeichnet“, erklärt Falk, während er über zwei Instrumen- tengriffe an der Masterkonsole die Ar- teria mammaria unseres Patienten ro- botergestützt endoskopisch präpariert.

Der Monitor präsentiert ihm ein hoch- auflösendes SD-Videobild des Operati- onssitus in zehnfacher Vergrößerung, P O L I T I K

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weshalb selbst kleinste Blutungen bereits beunruhigend aussehen.

Die Bewegungen des Operateurs an den Instrumentengriffen werden über Bewegungssensoren wahrgenommen und Prozessor-gesteuert verzögerungs- frei auf drei Manipulatoren übertragen.

Ein zentraler Arm führt das Videoskop, während zwei seitliche Arme je ein aus- wechselbares endoskopisches Instru- ment (Endeffektoren) führen. Diese Endeffektoren erlauben dank eines mi- niaturisierten mechanischen „Handge- lenks“ sechs Bewegungsfreiheitsgrade (konventionelle endoskopische Instru- mente verfügen über nur vier Bewe- gungsgrade), sodass auch komplexe Be- wegungsmuster – wie die Gefäßpräpa- ration oder das Nähen einer Koronar- anastomose – im Thorax möglich sind.

Gleichzeitig verhindert ein Tremor- Filter die Übertragung unerwünschter Begleitbewegungen. Das normale Zit- tern der menschlichen Hand wird einfach „gelöscht“. „Dadurch wird eine hohe Präzision erreicht,“ betont Falk.

Ein wesentlicher Nachteil der endoskopischen Roboterchirurgie ist jedoch, dass man ohne jeglichen Tastsinn – und damit ohne Kraftrückkopplung – operiert. Der Chirurg ist daher gezwungen, neue manuelle Fertigkeiten zu ent- wickeln.

Eine Umstellung sowohl für den Chirurgen als auch für den Anästhesi- sten bedeutet es auch, dass bei minimal- invasiven Operationen die direkte Be- urteilbarkeit der Herzfunktion stark eingeschränkt ist. „Wir mussten daher lernen, andere Informationsquellen als die direkte Sicht zu nutzen, um die Ope- rationsstrategie während des Eingriffs zu steuern, das Ergebnis der Operation zu überprüfen und technische Fehler schnell zu erkennen. Besonders hilf- reich ist in diesem Zusammenhang die transösophageale Echokardiographie“, erklärt Diegeler. „Sie sollte bei einer Operation am Herzen mit limitiertem Zugang nicht fehlen.“

Inzwischen ist der Patient über die Leistengefäße an die Herz-Lungen-Ma- schine (Port Access) angeschlossen worden. Am stillgelegten Herzen erfolgt schließlich Roboter-gestützt endoskopisch die Arteriotomie und der An- schluss der Arteria mammaria an den Ramus interventricularis anterior.

Anfang des Jahres wurde in Leipzig die erste komplette endoskopische By- pass-Operation am schlagenden Herzen durchgeführt, indem man den Operati- onsbereich mit einem endoskopischen Stabilisator ruhig gestellt hatte. Doch auch in diesem Bereich arbeitet man bereits an Verbesserungen, die unter dem Begriff „virtuelle Immobilisation“ sub- sumiert werden: Hierbei wird dem Ope- rateur auf dem Monitor durch eine herz- synchronisierte Mitbewegung des Sy- stems ein ruhendes Bild des schlagenden Herzens präsentiert.

Mitralklappen-Rekonstruktion

Minimal-invasive und Roboter-gestütz- te Herzoperationen sind aber nicht nur auf das Perikard (Perikardfensterung), die Koronarien und Vorhofseptumde- fekt beschränkt: Die Herzchirurgen dringen mit dieser Technik sogar bis zur Mitralklappe vor, wobei hier vor allem die Rekonstruktion einer defekten Klappe von Bedeutung ist. „Da der Telemanipulator ein Instrument für Feinstarbeiten ist, bringt sein Einsatz beim Klappenersatz derzeit keine Vor- teile“, erklärt Mohr.

Die Rekonstruktion einer defekten Mitralklappe per Roboter wird über eine vier bis fünf Zentimeter große Inzisi- on im vierten rechten Interkostalraum durchgeführt. Dazu wird das 3D-Video- skop über einen zusätzlichen Port im zweiten Interkostalraum eingeführt.

Nach manueller Eröffnung des linken Vorhofes wird das Videoskop über die Minithorakotomie positioniert, die bei- den Instrumentenarme über zwei late- rale Ports im Vorhof plaziert. Das Her- ausschneiden von defekten Klappenan- teilen, die Klappenrekonstruktion sowie das Einnähen von Mitralklappen- ringen wird telemetrisch von der Kon- sole aus durchgeführt.

Zunehmende Verbreitung bei diesem Eingriff findet ein sprachgesteuer- ter Roboterarm (Automated Endos- cope System for Optimal Positioning – AESOP). Hierbei steuert der Opera- teur über ein Mikrophon die Positionie- rung des Videoskops mit Ein- oder Zwei-Wort-Kommandos, wobei die Be- wegungen inkrementell oder kontinu- ierlich sein können. Dies hat zur Folge, P O L I T I K

Kardiochirurgische Zentren, die mit Robotersystemen arbeiten oder diese erproben werden:

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Deeuuttsscchhllaanndd: Herzzentrum Leipzig, Herzzentrum Dresden, Deutsches Herzzentrum München, Kli- nikum München-Großhadern, Universitätsklini- kum Frankfurt, Deutsches Herzzentrum Berlin, Universitätsklinikum Münster

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Auussllaanndd::Paris, Mailand, Utrecht ( zusammen mit den Allgemeinchirurgen), Brüssel, Ohio, Green- ville, New York und Durham

Statistik aus dem Herzzentrum Leipzig

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Koommpplleettttee eennddoosskkooppiisscchhee BByyppaassssooppeerraattiioonn m

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❃31 Operationen mit Herz-Lungen-Maschine unter Verwendung des Port Access-Systems

❃5 Operationen am schlagenden Herzen unter Verwendung eines endoskopischen Stabilisa- tors

❃Operationszeiten 200 bis 340 Minuten E

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❃94 Patienten

❃Zeit für die endoskopische Gefäßpräparation:

30 bis 60 Minuten

❃ Durchgängigkeitsrate 96,3 % M

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❃20 Patienten P

Peerriikkaarrddffeennsstteerruunngg::

❃2 Patienten K

Koommpplliikkaattiioonneenn::

❃3 Patienten verstorben ohne Zusammenhang mit der endoskopischen Technik

❃6 Patienten mit postoperativen Problemen am Bypass (2 dieser Bypässe mussten operativ re- vidiert werden, 3 Patienten erhielten später eine Ballondilatation)

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Miinniimmaall--iinnvvaassiivvee M

Miittrraallkkllaappppeenn--OOppeerraattiioonneenn::

❃Insgesamt: 246 Patienten

❃Mit dem Heartport-System: 205 Patienten

❃Mit der Chitwood-Technik (endoskopische Technik der Aortenausklemmung): 41 Patien- ten

❃Operationszeit: 150 bis 180 Minuten

❃Komplikationen: Konversion zu Sternotomie 2 %, Mortalität 4,3 % (letzte 100 Patienten:

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dass der Operateur völlig allein – also ohne Begleitpersonal – operieren kann („Solochirurgie“).

Basierend auf den Erfahrungen und der Unterstützung vom Herzzentrum Leipzig gelang Prof. Rüdiger Lan- ge und seinem Team vom Deutschen Herzzentrum München vor wenigen Tagen die erste vollendoskopische Mi- tralklappen-Rekonstruktion. Möglich wurde der Eingriff durch die Entwick- lung eines flexiblen Retraktionssystems für den linken Vorhof, das durch den Arbeitskanal eingeführt und nach Ver- schluss des Vorhofes wieder entfernt werden kann. Dadurch entfällt die Thorakotomie.

Bewertung

In der Anfangsphase der minimal-invasiven Herzchirurgie ließen eine er- höhte Anzahl an Komplikationen und längerer Operationszeiten – verglichen mit konventionellen Methoden – Zwei- fel an der Zukunftsfähigkeit dieser Techniken aufkommen. Diese waren sowohl durch eine „Lernkurve“ des Chirurgen als auch durch eine anfäng- lich noch nicht ausgereifte Technik (einschließlich der Instrumente) be- dingt. „Durch konsequente Modifikati- on und Vereinfachung der chirurgischen Techniken, Weiterentwicklung des Instrumentariums sowie letztend- lich auch durch den Einsatz von Ro- botern sind die heutigen Operations- ergebnisse und Operationszeiten mit denen der konventionellen Metho- den vergleichbar – in Teilbereichen

sind sie diesen sogar überlegen“, resü- miert Mohr.

Mithilfe von Kernspin- und Com- putertomografie sowie dreidimensiona- lem Ultraschall wird man demnächst ein Millimeter genaues Bild des Her- zens erstellen, um kardiochirurgische Operationen individuell für jede Situa- tion des Patienten planen zu können.

Das Konzept der Telechirurgie mit einem vom Operationsgebiet räumlich getrennten Chirurgen wird bei entspre- chenden Voraussetzungen der Daten- übertragung auch Fernoperationen er- möglichen. So plant das Herzzentrum Dresden die weltweit erste Fernope- ration, bei der ein US-Chirurg der Uni- versitätsklinik Columbus operieren wird.

Telemanipulatorsysteme besitzen au- ßerdem ein enormes Potenzial zur Ver- besserung der chirurgischen Ausbil- dung. So ist es vorstellbar, dass über die Kopplung zweier Konsolen die endoskopische Operationstechnik unter An-

leitung eines erfahrenen Operateurs, der im Bedarfsfall die Operation sofort übernehmen kann, optimal erlernt werden kann.

„Für eine ausgewählte Gruppe von Patienten wird die Roboter-Chirurgie in naher Zukunft verfügbar sein, nicht jedoch für große Patientenzahlen“, so Damiano. Und Mohr resümiert: „Wir haben bis jetzt mehr als 150 Patienten per Roboter sicher operiert; dennoch findet im Hintergrund immer noch eine experimentelle Auseinandersetzung mit diesem Verfahren statt, weil wir ge- merkt haben, dass nicht alles ganz so einfach geht, wie man anfangs erhofft hatte.“ DDrr.. mmeedd.. VVeerraa ZZyyllkkaa--MMeennhhoorrnn

Schwerwiegende Infektionen bei i.v.

Drogenabhängigen

Seit April sind in Schottland, Eng- land und Irland bei 64 i.v. Drogenab- hängigen an der Injektionsstelle ausge- prägte Entzündungsreaktion mit Ge- websnekrose aufgetreten. Trotz früh- zeitiger chirurgischer und antibioti- scher Therapie kam es bei 32 Fällen zum septischen Schock, Kreislaufversa- gen und Tod. Bei einigen Patienten sind Streptokokken der Gruppe A, Staphy- lococcus aureus sowie Spezies der Gat- tungen Clostridium und Bacillus gefun- den worden. Wie das Robert Koch-In- stitut (RKI) mitteilt, konnte für neun Patienten eine Infektion mit Clostridi- um novyi nachgewiesen werden, das bis zu sechs stark wirkende Toxine bildet.

Der Erreger ist auch für anaerobe Wundinfektionen verantwortlich, die klinisch als Clostridien-Myositis/Myo- nekrose in Erscheinung treten.

Obwohl in Deutschland bisher keine derartigen Erkrankungsfälle bei i.v. Dro- genabhängigen bekannt geworden sind, empfiehlt das RKI bei Verdacht eine frühzeitige chirurgische Wundexzision und Antibiotika, die auch gegen An- aerobier wirksam sind. Entsprechende Krankheitsbilder bittet das RKI zu mel- den an: Dr. Wolf Heiger Mehnert, Te- lefon: 0 30/45 47-34 26, Fax 0 30/45 47- 35 22, E-Mail: mehnertw@rki.de. EEBB P O L I T I K

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Arrtteerriiaa mmaammmmaarriiaa iinntteerrnnaa uunndd ddeemm RRaammuuss iinntteerrvveennttrriiccuullaarriiss aanntteerriioorr Foto: Herzzentrum Leipzig

Minimal-invasive

Herzchirurgie in Deutschland:

❃ von 81 herzchirurgischen Zentren betreiben 62 minimal-invasive Chir- urgie

❃ von über 4 000 Eingriffen pro Jahr werden die Hälfte in drei Zentren ausgeführt

❃ der Anteil der minimal-invasiven Eingriffe variiert von Klinik zu Kli- nik zwischen 5 und 30 Prozent

❃ die Mehrzahl der Teams konzentriert sich auf die Koronarchirurgie