Roboterchirurgie „ohne Fehler“

Ein historischer Meilenstein in der Medizinbranche wurde gerade erreicht, als der weltweit erste automatisierte Operationsroboter eine komplexe Operation mit absoluter Präzision und völlig ohne menschliches Eingreifen erfolgreich durchführte.

Dieser Durchbruch stellt einen wichtigen Schritt in eine neue Ära der Medizin dar, in der Maschinen selbstständig komplexe chirurgische Eingriffe durchführen können.

Der von Forschern der Johns Hopkins University entwickelte Roboter namens SRT-H (Surgical Robot Transformer-Hierarchy) hat gezeigt, dass er Gallenblasenoperationen mit der gleichen Geschicklichkeit durchführen kann wie erfahrene Chirurgen.

Das Besondere am SRT-H ist seine Fähigkeit, über die Grenzen herkömmlicher Operationsroboter hinauszugehen. Er führt nicht nur vorprogrammierte Aufgaben aus, sondern ist auch in der Lage, in Echtzeit zu reagieren und zu lernen.

Die Kerntechnologie des SRT-H basiert auf einer fortschrittlichen Architektur für maschinelles Lernen, ähnlich der von KI-Systemen wie ChatGPT. Dadurch kann der Roboter Sprachbefehle des medizinischen Teams verarbeiten und seine Aktionen anhand von Echtzeit-Feedback anpassen. Diese Anpassungsfähigkeit ist äußerst wichtig, um unerwartete Herausforderungen zu bewältigen, die während einer Operation auftreten können.

Der Roboter wurde mithilfe eines KI-Frameworks namens „Sprachgesteuertes Imitationslernen“ trainiert. Dabei wurden Videos von menschlichen Chirurgen verwendet, die Gallenblasenoperationen an Schweinekadavern durchführen. Durch die Analyse dieser Videos konnte der SRT-H die Schritte einer Gallenblasenoperation präzise erlernen und reproduzieren.

In Studien wurde der SRT-H an acht Schweinegallenblasen und -lebern mit unterschiedlichen anatomischen Strukturen getestet, was die in der Humanchirurgie üblichen Unterschiede widerspiegelt. Die Trennung der Gallenblase von der Leber ist ein mehrere Minuten dauernder Vorgang, der den Einsatz verschiedener Instrumente erfordert, darunter Klemmen, Schneiden sowie Entscheidungs- und Anpassungsfähigkeiten – Fähigkeiten, die bei realen chirurgischen Eingriffen üblich sind.

Die Ergebnisse beeindruckten die wissenschaftliche Gemeinschaft, da der Roboter bei allen Testoperationen eine Genauigkeit von 100 % erreichte. Der SRT-H konnte Schläuche und Arterien erkennen, Zangen anlegen und Scheren mit der gleichen Präzision wie ein menschlicher Chirurg verwenden. Allerdings benötigte der Roboter für die Operation mehr Zeit als ein menschlicher Chirurg.

Der entscheidende Schritt liege darin, von der Durchführung einzelner Aufgaben zum tatsächlichen Verständnis chirurgischer Eingriffe überzugehen, sagt Medizinrobotik-Experte Axel Krieger, der die Forschung leitete. Er vergleicht den Roboter mit einem selbstfahrenden Auto, das „auf jeder Straße und unter allen Bedingungen fahren und intelligent auf alles reagieren kann, was ihm begegnet“.

Ji Woong „Brian“ Kim, eine Schlüsselfigur bei der Entwicklung von SRT-H, betonte, dass die Zuverlässigkeit von KI-Modellen für die chirurgische Automatisierung nun nachgewiesen werden könne. Dieser Fortschritt eröffnet neue Möglichkeiten zur Verbesserung der chirurgischen Präzision und Sicherheit und hat das Potenzial, die Patientenversorgung durch die Reduzierung menschlicher Fehler und die Verbesserung der Behandlungsergebnisse zu revolutionieren.

Obwohl der SRT-H in kontrollierten Umgebungen bemerkenswerte Erfolge erzielt hat, ist er noch nicht für den Einsatz an echten Patienten bereit. Seine Leistung in Tests ermöglicht jedoch einen Blick in die Zukunft der Chirurgie, in der Roboter Eingriffe mit minimalem menschlichen Eingriff durchführen können.

Im Vergleich zu bestehenden Operationsrobotern wie dem da Vinci-System von Intuitive Surgical, das seit dem Jahr 2000 von der FDA zugelassen ist und weltweit bei über 12 Millionen Operationen eingesetzt wurde, stellt der SRT-H einen technologischen Sprung nach vorn dar. Während das da Vinci-System vollständig auf die Fernoperation eines Chirurgen angewiesen ist, kann der SRT-H völlig unabhängig operieren.

Das Entwicklungsteam sieht eine Zukunft vor, in der der SRT-H und ähnliche Roboter für die Durchführung verschiedener Operationen trainiert werden, wodurch der Bedarf an menschlicher Überwachung weiter reduziert wird. Langfristig könnten autonome Operationsroboter dazu beitragen, den Chirurgenmangel zu beheben, menschliche Fehler zu reduzieren und eine konsistente, qualitativ hochwertige Versorgung in unterversorgten Gebieten zu gewährleisten.

Der Übergang von kontrollierten Modellen zu Operationen an echten Menschen erfordert jedoch strenge Kontrolle und die Genehmigung durch die Aufsichtsbehörden. Darüber hinaus wirft der Einsatz automatisierter Systeme Fragen zur Haftung und zur Rolle menschlicher Chirurgen bei der Entscheidungsfindung auf.

Diese Forschung wurde von der Health Advanced Research Projects Agency, der National Science Foundation und den National Institutes of Health unterstützt. Da die chirurgische Roboterindustrie – die mittlerweile einen Jahresumsatz von fast 10 Milliarden US-Dollar hat und bis 2024 voraussichtlich 2,7 Millionen roboterassistierte Operationen durchführen wird – weiter wächst, ist die Auseinandersetzung mit diesen ethischen Komplexitäten von entscheidender Bedeutung, um sicherzustellen, dass technologische Fortschritte mit den Grundsätzen der Patientensicherheit und -versorgung vereinbar sind.