Neueste Trends und technologische Fortschritte bei Operationsrobotern: Was treibt die Akzeptanz an – und welche Herausforderungen bleiben bestehen?

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Einleitung: Die Transformation des chirurgischen Erlebnisses

Wurden Sie schon einmal im Krankenhaus operiert?
Wenn Ihr Arzt Ihnen mitteilt, dass Sie operiert werden müssen, ist es verständlich, dass Sie Angst haben. Sie machen sich vielleicht Sorgen, ob die Operation erfolgreich sein wird, wie stark die Schmerzen sein werden oder wie lange Sie von der Arbeit fernbleiben müssen. Vor diesem Hintergrund schreitet die Entwicklung der Operationstechnik stetig voran und ermöglicht heute ein Operationsverfahren, das sich deutlich von herkömmlichen Methoden unterscheidet.

Was ist ein Operationsroboter?

Die roboterassistierte Chirurgie, auch Roboterchirurgie genannt, ermöglicht Ärzten die Durchführung vieler komplexer Operationen mit größerer Präzision, Flexibilität und Kontrolle als mit herkömmlichen Techniken. Sie wird üblicherweise mit minimalinvasiver Chirurgie (Operationen durch kleine Schnitte) in Verbindung gebracht, kann aber auch bei traditionellen offenen Operationen eingesetzt werden. Die am weitesten verbreiteten klinischen Robotersysteme bestehen aus einem Kameraarm und einem mechanischen Arm mit daran befestigten chirurgischen Instrumenten. Während der Operation führt der Arzt einen kleinen Schnitt durch und führt miniaturisierte Instrumente sowie eine hochauflösende 3D-Kamera ein. Der Chirurg steuert den Arm von einer Computerkonsole in der Nähe des OP-Tisches aus. Anschließend führt er die Instrumente von einer weiteren Konsole aus, um die Operation durchzuführen. Der Computer übersetzt die Bewegungen des Chirurgen in präzise synchrone Bewegungen der Instrumente. Der Chirurg koordiniert die anderen Teammitglieder, die während der Operation assistieren. Er hat die ständige Kontrolle über den Roboter, und das chirurgische System reagiert auf seine Befehle.

Die Konsole bietet dem Chirurgen eine hochauflösende, vergrößerte 3D-Ansicht des Operationsfeldes. Chirurgen, die das Robotersystem nutzen, stellen fest, dass es bei vielen Eingriffen die Präzision, Flexibilität und Kontrolle während der Operation verbessert und ihnen im Vergleich zu herkömmlichen Techniken eine bessere Sicht auf das Operationsfeld ermöglicht.

Mithilfe roboterassistierter Chirurgie können Chirurgen heikle und komplexe Eingriffe durchführen, die mit anderen Methoden schwierig oder unmöglich wären. Oftmals ermöglicht die roboterassistierte Chirurgie minimalinvasive Operationen.

Zu den Vorteilen minimalinvasiver Chirurgie gehören:

• Weniger Komplikationen, wie z. B. Wundinfektionen
• Weniger Schmerzen und Blutverlust
• Kürzere Krankenhausaufenthalte und schnellere Genesung.
• Kleinere, weniger auffällige Narben

Technologie- und Marktveränderungen: Die Auswirkungen des Patentablaufs

Chirurgische Roboter wurden Ende der 1990er-Jahre in den USA entwickelt und kommerzialisiert und werden seither in einer Vielzahl chirurgischer Eingriffe eingesetzt. Lange Zeit wurde der Markt von einem einzigen Unternehmen dominiert, doch drängen immer mehr Firmen auf den Markt, da die Patente der Marktführer in den letzten Jahren ausgelaufen sind. Der Marktführer soll Hunderte von Patenten auf grundlegende Bewegungsabläufe und die Konstruktion der Armgelenke besitzen; das Patent für die automatische Endoskoppositionierung ist vor einigen Jahren abgelaufen.

Von diesen Patenten sind jene, die das Grundkonzept der Steuerung des Roboterarms durch Ärzte von einem Bedienstand aus und der automatischen Endoskoppositionierung betreffen, bereits vor einigen Jahren ausgelaufen. Dies eröffnet Wettbewerbern, die aufgrund von Patentbarrieren bisher keine praxistauglichen Roboter entwickeln konnten, neue Möglichkeiten. Weltweit folgen ihnen nun rund 30 Unternehmen. Patente auf Armgelenkmechanismen und andere Peripheriegeräte laufen bis 2019 sukzessive aus, und Startups sowie andere Unternehmen drängen auf den Markt. Dadurch steigt die Wahrscheinlichkeit, dass die Preise für chirurgische Assistenzroboter, deren Installation bisher Millionen von Dollar kostete, drastisch sinken werden.

Marktdiversifizierung durch Gewichtsreduzierung und funktionale Spezialisierung

Die neuen Geräte werden die Belastung für den medizinischen Bereich verringern, indem sie das Gewicht reduzieren und die Funktionen vereinfachen, um den Preis auf wenige Hunderttausend Dollar zu begrenzen – einen Bruchteil der Kosten der Vorgängermodelle. Verschiedene Unternehmen treten in den Wettbewerb, darunter solche, die Elektromotoren und solche, die pneumatischen Druck zur Armbewegung nutzen. Einige Unternehmen arbeiten daran, die Luftdruckanalyse zu ermöglichen und die feinen taktilen Empfindungen beim Greifen von Gewebe an die Hand des Operateurs zu übertragen. Dies soll präzise Operationen unterstützen, indem neben dem Endoskopbild auch der Tastsinn übertragen wird. Der Einsatz von pneumatischem Druck führt zu Gewichtseinsparungen und einer Reduzierung der Bauteilanzahl.

Verbesserte Unterstützung durch den Einsatz spezialisierter Assistenzroboter und KI

Der Markt für Operationsroboter wächst jährlich, da immer mehr Krankenhäuser diese Roboter einführen. Sie ermöglichen präzise Operationen, reduzieren die Belastung für die Patienten und verkürzen die Krankenhausaufenthaltsdauer. Weitere Robotertypen, die sich derzeit in der Entwicklung befinden, sind auf die Unterstützung bei Operationen spezialisiert. Der Arzt führt die Operation selbst durch, während der Roboter den Assistenten bei der Bedienung der Endoskopkamera und dem Anheben des umliegenden Gewebes unterstützt. Operationen, die früher drei Ärzte erforderten, können nun von einem oder zwei Ärzten durchgeführt werden, wenn ein Roboter zum Einsatz kommt. Unternehmen, die pneumatische Arme verwenden, und Unternehmen, die auf die Patientenassistenz spezialisierte Roboter entwickeln, streben danach, ihren Marktanteil durch die Senkung der Installationskosten zu erhöhen.

Es werden auch Systeme entwickelt, die künstliche Intelligenz (KI) nutzen, um Ärzte bei der Bedienung von Robotern und Endoskopen zu unterstützen. Dieses System soll die ärztliche Beurteilung unterstützen, indem es Bilder von Endoskopkameras analysiert und die Organgrenzen auf dem Monitor anzeigt.
Führende Hersteller beginnen ebenfalls mit der Entwicklung mobiler Anwendungen für Chirurgen. Die App zeigt die Konsolenzeit (Betriebszeit des Operationsrobotersystems) für jeden durchgeführten Eingriff, die verwendeten Instrumente und die Operationsdauer usw. an und vergleicht diese Daten mit dem nationalen Durchschnitt für ähnliche Operationen. So kann der Operateur seine eigenen Operationstrends und seine Lernkurve überprüfen und diese Informationen nutzen, um Techniken und Behandlungsergebnisse zu verbessern.

Chirurgische Unterstützung über mobile Apps und Cloud-Anbindung

Wenn ein Chirurg die App auf einem mobilen Gerät wie einem Smartphone installiert, sich über die Cloud in das System einloggt und eine Operation durchführt, werden Protokolldaten erfasst und können direkt vor Ort überprüft werden.

Die App dient auch als Zugang zu einem Online-System für die chirurgische Ausbildung. Mithilfe eines speziellen Simulators kann der Chirurg die von ihm durchgeführten Übungen und seine Ergebnisse überprüfen.

Markttreiber und Herausforderungen für neue Marktteilnehmer

Die langjährigen Marktführer haben den Vorteil, dass sie im Zuge des Trends zu minimalinvasiven Eingriffen ihre Fallstudien kontinuierlich ausgebaut und ihre Versicherungsdeckung erhöht haben.

Die Nachzügler müssen die Sicherheit ihrer roboterassistierten Operationen nachweisen, die behördliche Zulassung erhalten und das Spektrum der von der Versicherung abgedeckten medizinischen Fachbereiche erweitern.

Welche Rolle können Dexerials leisten?

Wie in diesem Artikel erwähnt, besteht ein technologischer Trend hin zu kleineren und einfacheren Operationsrobotern, um die Installationskosten zu senken.

Beispielsweise kann die anisotrope leitfähige Folie ACF von Dexerials mechanische Steckverbinder und Lötverbindungen an verschiedenen Verbindungsstellen von Bauteilen wie chirurgischen Roboterarmen und Endoskopen ersetzen und so zur Miniaturisierung von Verbindungsstellen beitragen. Mit ACF lässt sich die Verbindungshöhe nahezu auf null reduzieren, während mechanische Steckverbinder eine gewisse Verbindungshöhe erfordern. Durch den Einsatz von ACF anstelle von Lötverbindungen sind sogar noch feinere Verbindungen mit einem Rastermaß von 200 µm oder weniger realisierbar.

Durch den Einsatz von ACF anstelle von Lötverbindungen lassen sich bleifreie Verbindungen problemlos realisieren. Um zukünftig Fernoperationen mit Operationsrobotern und Hochgeschwindigkeitskommunikation zu ermöglichen, benötigen FPCs zudem eine hohe Übertragungsgeschwindigkeit, wofür möglicherweise die von Dexerials entwickelten Bondfolien mit niedriger Dielektrizitätskonstante erforderlich sind. Weitere Informationen zu diesen Bondfolien finden Sie in diesem Artikel.​