Roboterchirurgie aus dem Labors ins Krankenhaus

Ressourcen werden für Krankenhäuser in Europa jedes Jahr zu einem immer dringenderen Problem, während gleichzeitig die Anforderungen an die Gesundheitsversorgung aufgrund der Alterung der Bevölkerung und die höhere Lebenserwartung weiter steigen. Technologie soll uns die "Quadratur des Kreises" bei der Verbesserung der Versorgungsqualität bei Operationen ermöglichen und dabei auch sicherstellen, dass derartige Dienstleistungen für den Patienten zugänglich bleiben.

Angesichts dieser Situation wird in der EU-Forschung verstärkt in Roboterchirurgie investiert. Die Forscher erwarten schon bald Technologien auf den Markt zu bringen, die chirurgische Eingriffe automatisch durchführen können, oder auch Roboterarme, die solche Eingriffe unter der Aufsicht eines Chirurgen vornehmen, der Tausende von Kilometern entfernt ist, Obwohl das alles sehr spannend klingt, ist es noch ein langer Weg, bis solche Technologien auch tatsächlich in Krankenhäusern in Ihrer Nähe eingesetzt werden.

Paolo Fiorini, ein ehemaliger Wissenschaftler der NASA, hat mehr als 20 Jahre damit verbracht, Lücken zwischen den Forschungseinrichtungen und der Vermarktung der neu entwickelten Technologien zu schließen. Sein neuestes Projekt trägt den Namen EUROSURGE, das eine pan-europäische Forschergemeinschaft aufbauen, die Softwareentwicklung vereinfachen und eine Online-Plattform, die als Sprachrohr für Wissenschaftler in diesem Bereich agiert, einrichten will.

In einem exklusiven Interview mit dem Magazin research * eu erklärt Dr. Fiorini die Schwierigkeiten, mit denen EU-Wissenschaftler derzeit konfrontiert sind, und seine Hoffnungen für die Zukunft dieses vielversprechenden Forschungsgebiet.

Welche Hauptziele verfolgt EUROSURGE?

EUROSURGE ist eine Koordinierungsmaßnahme, die das Ziel hat, eine Gemeinschaft von Forschungslabors und Unternehmen im Bereich der robotergestützten Chirurgie - häufig auch Roboterchirurgie genannt - aufzubauen. Während der Arbeit an der Bildung einer Gemeinschaft wurde mir bewusst, dass sich hier auch die Probleme in Verbindung mit "kognitiver Robotik", die einer der Hauptschwerpunkte der Robotik im RP7 war, lösen lassen.

Was ist neu bzw. innovativ an dem Projekt und der Art und Weise, wie es sich diesem Thema widmet?

Um eine Gemeinschaft von Forschern aufzubauen, dachte ich, müssen Methoden erarbeitet werden, mit denen sich sicherstellen lässt, dass sie zusammenarbeiten können, vielleicht auf einer gemeinsamen Hardware-/Software-Plattform. Obwohl eine Koordinierungsmaßnahme nicht über das Geld für die Entwicklung von Hardware-Plattformen verfügt, haben wir uns mit einer Reihe von Fragen beschäftigt, die mit den Zielen des Projekts im Zusammenhang stehen.

In einem ersten Schritt untersuchten wir, wer in Europa auf dem Gebiet der Roboterchirurgie was macht. Wir entwickelten eine Karte, die alle Zentren, die Forschung in der Roboterchirurgie betreiben, miteinander verknüpft und ihr Hauptforschungsthema aufzeigt. Die Karte wird bereits von den Stakeholdern genutzt, um damit mögliche Partner und Gutachter europäischer Projekte zu identifizieren.

Im zweiten Schritt entwickelten wir eine Technologie, mit der sich die Entwicklung von Software für Roboterchirurgie vereinfachen lässt. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf Modularität, sodass verschiedene Gruppen Komponenten schreiben können, die mit der in anderen Labors entwickelten Software kompatibel sind. Wir schlugen Richtlinien sowohl für den Entwurf als auch die Implementierung von Softwarepaketen vor.

Um der strengen Regulierung von Medizinprodukten zu genügen, muss die gesamte Software strenge Validierungs- und Benchmark-Prozesse durchlaufen. In unserer Vision sollte das Design 'ontologiebasiert' sein, d. h. auf einer formalen Beschreibung der Funktionen und Anschlüsse der Komponenten eines chirurgischen Robotersystems in Verbindung mit der Beschreibung der Aufgaben, die das System durchführen wird, beruhen. Die Umsetzung sollte dann 'komponentenbasiert' mit Spezifikationen erfolgen, die automatisch von der Ontologie-Beschreibung abgeleitet werden können. Wir legten unserer Arbeit die ROS- und OROCOS-Pakete zugrunde, die in der Robotik-Community bereits gut bekannt sind und verwendet werden, und erweiterten sie um das Konzept 'Komponenten-Überwachung', sodass sich jedes Softwarepaket selbst und seine Funktion unter anderen Komponenten identifizieren kann und ein Testskript überprüft, ob alle Komponenten miteinander kompatibel sind.

Das letzte Thema, mit dem sich EUROSURGE beschäftigt, ist die Analyse der 'nicht-technischen' Hindernisse, d. h. Probleme in Verbindung mit der gemeinsamen Sprache, Patenten, Vorschriften, Ethik und Gesetzen in verschiedenen europäischen Ländern. Hierfür haben wir eine neue Website namens SurgiPedia entwickelt, auf der White Papers und Stellungnahmen zu Roboterchirurgie veröffentlicht werden und die über eine eigene Internetsuchmaschine verfügt, um Informationen über Patente auf dem Gebiet der Roboterchirurgie zusammenzutragen.

Was hat Sie anfangs dazu veranlasst, auf diesem Gebiet zu forschen?

Von 1985 bis 2000 arbeitete ich an Teleoperation für Raumfahrtanwendungen am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena (Kalifornien, USA). Als ich 2001 wieder nach Italien zurückkehrte, stellte ich fest, dass Weltraumforschung nicht sehr weit verbreitet war, und nach ein paar Versuchen der Zusammenarbeit mit der italienischen Raumfahrtagentur beschloss ich, mein Kenntnisse auf dem Gebiet der Teleoperation für Roboterchirurgie einzusetzen. Es war eine gute Idee, da ich in der Lage war, an einer Reihe von Projekten in diesem Bereich teilzunehmen und auch zu koordinieren, neue Technologien zu entwickeln und der Studenten zu unterrichten. Ich habe auch ein paar Unternehmen gegründet, die Technologien für die roboterassistierte Chirurgie entwickeln.

Was waren die größten Schwierigkeiten, mit denen Sie bei der Weiterentwicklung der Roboterchirurgie konfrontiert wurden?

Natürlich sind die Hauptschwierigkeiten nicht die technischen Probleme. Die Hauptschwierigkeit ist das Fehlen eines nachhaltigen Ressourcenflusses, um eine gute Marktreife einer Technologie zu erreichen. Das Beispiel liefert eines meiner Start-up-Unternehmen: Nach den guten Ergebnissen des europäischen Projekts ACCUROBAS, beschloss ich, die gewonnenen Erfahrungen in die Entwicklung eines neuen chirurgischen Roboters einzubringen, mit dem sich einige der während des Projekts festgestellten Probleme lösen lassen könnten. Außerdem konnte ich umfangreiches Risikokapital für das Unternehmen bekommen, aber es reichte nicht aus, um den Markt zu erreichen. Es gelang uns, ein neues Produkt entwickeln, für das wir Tierversuche durchführten und dessen Technologie wir zertifizieren ließen. Aber dann ging das Geld aus und wir fanden keine weiteren Investoren, die bereit waren, klinische Studien am Menschen zu unterstützen. Das ist ein häufiges Problem für alle europäischen Projekte. Wir entwickeln großartige Technologien, die keine großen Auswirkungen auf die Wirtschaft haben, weil sie nie auf den Markt kommen. Hoffentlich kann dieses Problem in Horizont 2020 gelöst werden, aber es gibt aufgrund mangelnder Risikoinvestitionen in Europa keine einfache Lösung.

Das zweite Problem ist die Schwierigkeit, Chirurgen zu finden, die 'ernsthaftes' Interesse an einer Zusammenarbeit in einem technischen Projekt haben. Am Anfang sind alle daran interessiert, aber wenn sie Zeit investieren müssen, um die Geräte zu testen, uns Ratschläge zu geben und neue Merkmale vorzuschlagen müssen, ist plötzlich keiner mehr da. Ich denke, dass sie während des Entwicklungsprozesses das Interesse verlieren, weil ein Prototyp noch zu weit von der Anwendung entfernt ist.

Wie, glauben Sie, kann EUROSURGE in dieser Hinsicht helfen?

Ich denke, dass wir, neben den oben genannten Punkten, sehr erfolgreich bei der Schaffung einer Gemeinschaft von Forschern in der Roboterchirurgie gewesen sind. Ich will nicht sagen, dass sich jeder einbringt und an den Projektaktivitäten beteiligt, aber viele Forscher tun es. Wir hatten im September einen erfolgreichen Workshop in Verona, der von rund 70 Forschern besucht wurde, und jetzt haben wir einen Stand auf der Internationalen iREX Robot Exhibition in Tokio, wo ich den Besuchern die wichtigsten Ergebnisse aller EU-Programme vorstellen werde, in denen Roboterchirurgie-Technologien entwickelt werden. So sind wir in der Lage, auch Forscher in unsere Aktivitäten einzubeziehen, die nicht am EUROSURGE-Projekt teilgenommen haben, und wir konnten sehr gute Beziehungen zu allen aufbauen.

In der Zukunft hoffen wir natürlich, dass der Workshop, die Surgipedia-Website und die Patent-Suchmaschine, die Software-Entwicklung und die Implementierungsansätze sowie die Validierungsmethoden von den Projektpartnern weiterentwickelt werden - und zwar auch nach dem Ende des Projekts. Wir hoffen alle, dass uns die EU ein weiteres Projekt finanziert, und erhalten deshalb diese Initiative am Leben.

Wie sehen Ihre nächsten Forschungsthemen aus?

Mein anderes aktives Projekt in dem Gebiet beschäftigt sich mit der Automatisierung in der Roboterchirurgie. Der Name des Projekts ist I-SUR. Wir entwickeln Technologien für die automatische Ausführung einfacher chirurgischer Vorgänge, wie z. B. Punktionen, Schneiden und Nähen. Auch in diesem Fall stehen wir mit der Problemlösung noch ganz am Anfang und im nächsten Jahr werden wir versuchen, Mittel zu erhalten, um die Forschungsarbeiten fortzusetzen. Ein weiteres Projekt, SAFROS, wurde vor kurzem abgeschlossen. Hierbei wurde auf die notwendige bessere Ausbildung in der Roboterchirurgie hingewiesen. Deshalb haben wir ein neues Unternehmen gegründet, um die Schulungssoftware XRON (http / /: metropolis.scienze.univr.it / xron) zu vermarkten, mit der die Gefahr von Unfällen während robotergestützter Eingriffe verringert werden kann. Schließlich ist das schwierigste Ziel die weitere Entwicklung des chirurgischen Roboters, da es einen großen Bedarf für neue Produkte, aber keine neuen Angebote auf dem Markt gibt.