Forschende der Universität Basel haben eine Vision: Ein individuell konfigurierbarer Roboter soll chirurgische Eingriffe revolutionieren und Patienten zahlreiche Vorteile bringen.

Erste Schritte dorthin haben sie bereits getan. Für die weitere Umsetzung dieser Vision erweitert die Werner Siemens-Stiftung ihre Förderung für das Projekt „Miracle“ nun um zwölf auf insgesamt 27 Millionen Franken.

In der virtuellen Realität eine Operation planen, mit einer intelligenten Lasersäge hochpräzise den Knochen schneiden und 3-D-gedruckte Bioimplantate wie etwa ein neues Kniegelenk minimal invasiv einsetzen: Forschende des Projekts „Miracle“ (Minimally Invasive Robot-Assisted Computer-guided LaserosteotomE) wollen die Chirurgie transformieren, indem sie diese noch genauer an die Bedürfnisse des jeweiligen Patienten anpassen.

In einer ersten Projektphase entwickelten die beteiligten Forschungsgruppen bereits Technologien, die im OP-Saal der Zukunft zum Einsatz kommen sollen. In einer zweiten Phase geht es nun darum, die einzelnen Systeme (siehe Kontextbox) miteinander in einem modularen Roboter zu vereinen, der sich für den geplanten operativen Eingriff individuell konfigurieren lässt und zugleich OP-Lampen und -Tisch umfasst. Dieses System können die Chirurgen während des Eingriffs über eine Konsole überwachen.

Für die zweite Projektphase stockt die Werner Siemens-Stiftung ihre Förderung für das seit 2015 laufende Projekt nun noch einmal um 12 Millionen Franken auf. „Wir sind der dieser Stiftung sehr dankbar, dass sie unser visionäres Projekt unterstützt“, sagt Prof. Dr. Philippe Cattin, Co-Leiter beider Projektphasen von „Miracle“ und Leiter des Department of Biomedical Engineering der Universität Basel. Dadurch eröffne sich eine einzigartige Chance für den Innovationsstandort Basel. „Dank dieser Finanzierung und unserem Know-how können wir nun einige der enormen Möglichkeiten erschließen, die die Robotik für die Chirurgie eröffnet.“

Maßgeschneiderte 3D-gedruckte Bio-Implantate

In der ersten Projektphase hat das Team um Cattin eine Virtual-Reality-Plattform zur Planung von Operationen entwickelt, die im Spital bereits zum Einsatz kommt. Nun sollen mit diesem System auch Form und Beschaffenheit von Implantaten entworfen werden. Gegenüber älteren, vorwiegend manuellen Verfahren werde dadurch eine schnellere und präzisiere Formgebung möglich. Die so geplanten Implantate sollen dann maßgeschneidert mittels 3-D-Druck hergestellt werden. In Zukunft könnte es sogar möglich sein, die Implantate direkt im Körper zu drucken.

„Wir wollen mit Miracle nicht einfach eine neue Technologie entwickeln, sondern die Knochenchirurgie transformieren“, erklärt Prof. Hans-Florian Zeilhofer, Chirurg und Delegierter für Innovation der Universität Basel, der die erste Projektphase gemeinsam mit Cattin geleitet hatte.

„Vieles, was wir am Computer chirurgisch planen können, ist mit den vorhandenen Werkzeugen noch nicht möglich“, so der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurg PD Dr. Dr. Florian M. Thieringer, der sich die Leitung für „Miracle II“ mit Cattin teilt und auch dem 3-D-Print Lab am Universitätsspital Basel vorsteht. „Jetzt entwickeln wir die Technologie, mit der wir das im Operationssaal auch umsetzen können.“ Dass die von ihm mitentwickelten Roboter eines Tages Chirurgen wie ihn selbst ganz ersetzen, fürchtet er aber nicht: Die exakte Planung und die strategischen Entscheidungen für den Eingriff bleiben Sache des medizinischen Fachpersonals.


Kontextbox - Drei Forschungsziele:

Ein flexibles, modulares Robotersystem

Das in der ersten Projektphase entwickelte robotergestützte Endoskop (Instrument zur Untersuchung des Körpers und zur Entnahme von Gewebeproben) soll durch weitere, spezialisierte Endoskope ergänzt und mit allen anderen Geräten in einem Operationssaal koordiniert werden. Um eine optimale Leistung zu erzielen, sollen die Roboterarme, die OP-Leuchten und der OP-Tisch zu einem großen Robotersystem zusammengefügt werden.

Entwurf von Implantaten in der Virtuellen Realität

Das entwickelte System zu Planung chirurgischer Eingriffe in der Virtuellen Realität (VR) soll so erweitert werden, dass damit die exakte Form von Knochenersatzimplantaten direkt in der VR bestimmt werden kann. Darüber hinaus soll diese Plattform auch durch ein haptisches Feedback (technische Simulation von Berührung) erweitert werden und damit die Durchführung von patientenspezifischen Simulationen von chirurgischen Eingriffen ermöglichen. Mit einem solchen System könnte die Chirurgin/der Chirurg einen Eingriff zunächst trainieren, bevor sie/er diese durchführt.

Intelligente Bio-Implantate

Dreidimensionale Bildgebungstechnologien sollen Gewebedefekte identifizieren in 3D vermessen und die Struktur entsprechender, patientenspezifischer Implantate virtuell berechnen. Dann sollen die patientenspezifischen Hochleistungsimplantate in Bioreaktoren gezüchtet oder mit robotergestützter Bio-Druck-Technologie außerhalb und innerhalb des Körpers im 3D-Druckverfahren hergestellt werden.