Es ist eine zukunftsweisende medizinische Premiere: Erstmals wird CARLO (Cold Ablation Robot-guided Laser Osteotome), ein Laser-Robotersystem für die Knochenchirurgie, im Regelbetrieb einer Klinik eingesetzt. Das System, das Knochengewebe autonom und kontaktfrei abtragen und trennen kann, ist seit Juni 2021 an der Paracelsus Klinik München im Einsatz. Prof. Dr. med. Dr. med. dent. Philipp Jürgens, der das System mitentwickelt hat, zieht nach neun Monaten Praxiseinsatz eine positive Bilanz: „Wir haben bisher mehr als 50 Operationen am Oberkiefer mit dem System durchgeführt. Nicht nur wir, sondern auch unsere Patienten sind sehr zufrieden.” Eingesetzt wird CARLO in der Sektion Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie der Bogenhausener Klinik, deren Leiter Prof. Jürgens ist. Der Facharzt für Mund-Kiefer und Gesichtschirurgie ist von den Vorteilen überzeugt: „CARLO schafft es, Knochen im Submillimeterbereich zu schneiden – so präzise und fein wie kein Operateur. Die Gewebestruktur und die Durchblutung des Knochens bleiben erhalten. Außerdem ist es möglich, Knochen in nahezu beliebiger Geometrie zu schneiden so dass sie wie Puzzleteile zusammenpassen. Dadurch können wir stabile Verbindungen aufbauen, die durch ihre große Kontaktfläche besser zusammenwachsen.” Größte Vorteile für den Patienten sind kürzere Eingriffszeiten, eine verbesserte Knochenheilung, schnellere Genesungszeiten und die hohe Sicherheit und Präzision des Systems. Haupteinsatzgebiet von CARLO bei Paracelsus in München-Bogenhausen sind Operationen von Kieferfehlstellungen. Letztere werden oft durch Wachstumsstörungen im Bereich des Gesichts hervorgerufen und können die Beiß- und Kau-Funktionen erheblich beeinträchtigen, Gelenkbeschwerden am Kiefer auslösen und zu einem unvorteilhaften Gesichtsprofil führen. Ab Mitte nächsten Jahres sollen auch Operationen am Unterkiefer durchgeführt werden.

Sanfte und sichere Methode

Das Geheimnis von CARLO ist die Photoablation. Dabei wird der Knochen Schicht für Schicht mit Hilfe eines Lasers behutsam und berührungsfrei abgetragen ohne dabei das Knochengewebe an der Schnittstelle zu zerstören. Das ist sonst beim klassischen mechanischen Sägen oder Bohren häufig der Fall und kann zu Komplikationen führen. CARLO kann darüber hinaus weder abrutschen noch verbiegen oder stecken bleiben, ist immer steril und wird beim Operieren nie müde. Das sorgt für große Sicherheit - auch bei langen Eingriffen. „Wir haben persönlich jederzeit die Kontrolle über den Operationsvorgang und können das System durch eine kurze Berührung quasi in Lichtgeschwindigkeit stoppen”, erklärt Prof. Jürgens. „Eine zusätzliche Sicherheitsschaltung reagiert auf kleinste Abweichungen wie unerwartete Patientenbewegungen oder Vibrationen und schaltet den Laser sofort ab.” Wurde das System angehalten, fährt es in eine Warteposition und macht dann nach dem Neustart mit der Operation genau dort weiter, wo es vorher aufgehört hat.

Präzise Vorarbeiten erforderlich

Aufgebaut ist CARLO aus drei Elementen: einem neu entwickelten Miniatur-Laserkopf, der auf einem Roboterarm montiert ist, einer 3D-Kamera, die eine präzise Navigation während der Operation in Echtzeit ermöglicht und einem Software-Tool, das den kompletten digitalen Workflow abbildet. Mit ihm plant der Chirurg anhand dreidimensionaler hochauflösender DVT-Scans (Digitale Volumentomographie) des Patienten den Schnitt und überträgt das Ergebnis digital auf die Steuerungseinheit. Vor der Operation wird das System kalibriert bis sich der DVT-Scan und der Körper des Patienten perfekt decken. Mit einem Visualisierungslaser zeigt CARLO zunächst eine Vorschau seines Schnitts, so dass der Chirurg den Verlauf kontrollieren kann. Anschließend startet er den eigentlichen Eingriff, den das System selbstständig durchführt. Größter Unterschied zu herkömmlichen OP-Robotern ist, dass CARLO nicht durch die Handbewegung des Operateurs via Joystick gesteuert wird, sondern autark arbeitet. „Unser Ziel ist es aber nicht, den Chirurgen, sondern nur die sonst üblichen mechanischen Instrumente in der Knochenchirurgie zu ersetzen und auf diesem Gebiet neue Behandlungsmöglichkeiten zu schaffen, die eine kontrollierte Qualität der Behandlung bieten,“ erklärt Prof. Jürgens.

Mehr als zehn Jahre Entwicklungszeit

Gebaut wird CARLO vom Medtech-Unternehmen Advanced Osteotomy Tools in Basel, mit dem Prof. Jürgens als Experte bei der Entwicklung eng zusammengearbeitet hat. Er selbst betrieb bereits in den 1990er Jahren Grundlagenforschungen, führte 2012 erste Versuche mit Lasertechnologie in der Chirurgie durch und setzte die Technik 2019 erstmals bei Operationen am Universitätsspital in Basel ein. Größte Herausforderung war dabei, die sonst bei Laseroperationen oft auftretende Überhitzung des Gewebes zu vermeiden. Hier setzt man bei CARLO auf sogenannte kalte Laser, die mit weniger und stark fokussierter Energie arbeiten und so den Knochen an den Schnittflächen nicht überhitzen. Im Zuge der Entwicklung musste das System seine Einsatzbereitschaft und Sicherheit in zahlreichen Studien unter Beweis stellen. Vor der CE-Zertifizierung für Europa operierten unter anderem Experten der Universitätsklinik Hamburg-Eppendorf, des Allgemeinen Krankenhauses der Stadt Wien und des Universitätsspitals Basel erfolgreich mit ihm.

Im Prinzip universell einsetzbar

Die Weiterentwicklung von CARLO hält noch viele Wege offen. Denn im Prinzip sind der Laser und das System universell einsetzbar und ermöglichen Operationen auch an anderen Knochen im menschlichen Körper. Denkbar sind Einsätze in der Neurochirurgie, der Wirbelsäulenchirurgie oder der Extremitäten-Chirurgie. Limitierender Faktor ist derzeit die Knochenstärke, die bei maximal zwei Zentimetern liegt. Darüber hinaus ist eine entsprechende Software erforderlich, die den Chirurgen bei der Umsetzung des Eingriffs digital unterstützt. „Die kontaktlose Arbeitsweise von CARLO ist der Schlüssel für eine Vielzahl von operativen Robotik-Anwendungen”, ist Prof. Jürgens überzeugt. Als einen vielversprechenden Schritt sieht er die Operation im Bereich von Schlafapnoe- Patienten. Hier kann man mit einer Lagekorrektur der Kiefer zusätzlich im Rachen Raum für die Atmung schaffen und dadurch das Schnarchen reduzieren. Erste Patienten wurden dahingehend an der Paracelsus Klinik München bereits behandelt – mit nur rund drei Tagen Gesamt-Krankenhausaufenthalt. Für die Zukunft erwartet Prof. Jürgens hier eine steigende Zahl von Anfragen sobald die Möglichkeiten von CARLO auch unter Pulmologen und Schlafmedizinern weiter bekannt werden.