Als Medizinroboter werden technische Apparaturen und Maschinen angesehen, welche im medizinischen Umfeld eingesetzt werden und dort mechanische Arbeit verrichten oder dabei assistieren. Was vor nicht allzu langer Zeit Fiktion war, ist heute aus dem Alltag vieler Krankenhäuser, Kliniken und Reha-Zentren nicht mehr wegzudenken. Als verlässliche Assistenten übernehmen Medizinroboter Aufgaben, die das menschliche Können überschreiten oder auf Dauer für Chirurgen, Internisten oder Pfleger nicht erfüllbar sind. Hierbei spielt vor allem der menschliche Ermüdungsprozess bei langen operativen Eingriffen eine wichtige Rolle. Angetrieben durch Innovationen und die hohe gesellschaftliche Relevanz wächst die Zahl der zugelassenen Medizinroboter auf globaler Ebene; der Medizintechnik öffnen sich damit weitere Anwendungsfelder.
Welchen gesellschaftlich-sozialen Stellenwert die Robotik und ihre Apparate haben oder haben können, zeigt die Corona-Pandemie 2020. Unterschiedlichste Anwendungen unterstützen das vollständig ausgelastete Pflegepersonal, Ärzte und das weitere medizinische Fachpersonal. Insbesondere kommen Roboter zum Einsatz, die bei logistischen Aufgaben Unterstützung leisten, beispielsweise Medikamente dosieren oder Reagenzgläser sortieren und den Verantwortlichen so zeitaufwändige Tätigkeiten abnehmen. Andere Assistenzsysteme werden wiederum bei der direkten Behandlung von Patienten eingesetzt, unter anderem bei der Intubation; hier kann das Leben eines Patienten gerettet werden, wenn es gelingt, den Beatmungsschlauch rechtzeitig und präzise in die Lunge einzuführen. Dank moderner Bilderkennung und Videoübertragung kann das ausführende Fachpersonal einen gezielten Eingriff vornehmen. Insbesondere im Kontext der Corona-Pandemie kommen darüber hinaus Desinfektionsroboter zum Tragen. Diese manövrieren sich selbstständig durch alle Bereiche von Krankenhäusern und Kliniken, während sie konzentriertes UV-C-Licht aussenden. Letzteres ist in der Lage, Bakterien und ähnliche Schädlinge zu vernichten. Auf diese Weise können 99,99 % der Oberflächen desinfiziert werden.
Durch das weite Einsatzspektrum der Robotik besitzen Medizinroboter teils sehr unterschiedliche, speziell angefertigte Komponenten und unterscheiden sich darüber hinaus in Größe, Form und Aufbau. Als Basiseinheiten dienen in der Regel jedoch zum einen die Steuereinheit und zum anderen der Manipulator. Letzterer dient als ausführendes Element, sprich als Roboterarm, und umfasst Segmente mit Gelenken, Sensoren, ein Antriebssystem sowie den sogenannten Effektor.
Je nach Anwendungsbereich des Medizinroboters ist der Effektor beispielsweise mit einem Greifer gleichzusetzen und stellt das Bindeglied zwischen Roboter und Umwelt dar, indem er Befehle ausführt. Während prinzipiell meist elektrische Antriebstechniken zum Einsatz kommen, richtet sich die Menge der verbauten Segmente und Gelenke nach der jeweiligen Anwendung. Die Sensorik trägt nicht nur zur Positionsbestimmung des Manipulators bei, sondern sammelt und überträgt diverse Daten wie Entfernungen und Kamerabilder an die Steuereinheit des Medizinroboters.
Die Steuerung des jeweiligen Medizinroboters hängt in erster Linie davon ab, in welchem Kontext seine Nutzung stattfindet. Im Rahmen von operativen Eingriffen arbeitet der entsprechende Operateur aktiv mit dem Roboter zusammen. Das Bewegen von Konsole, Joystick oder ähnlichen Steuerelementen wird hierbei synchron durch den Roboterarm übernommen und umgesetzt (telemanipulierte Steuerung). Soll der Medizinroboter hingegen autonom bestimmte Bewegungsabläufe durchführen, müssen diese im Vorhinein manuell eingestellt oder aber via Offline-Programmierung beschrieben werden.
Die Geschichte der Medizinroboter begann vor etwa 25 Jahren und gehört damit zu den vergleichsweise jungen Errungenschaften der Medizintechnik. Seither konnte sich die Robotik jedoch rasch etablieren und ist heute in vielen Anwendungen unerlässlich. Die rasche Entwicklung und regelrechte Euphorie für computergestützte Verfahren und Roboter in der Medizin gründen zum einen auf positive Erfahrungswerte mit bildgebenden Verfahren wie Röntgendiagnostik, Computertomographie als auch der Endoskopie. Darüber hinaus gelten Innovationen im Bereich von Prozessoren und Datenspeichern als wichtiger Faktor für den Fortschritt der Medizinroboter, da durch den Einsatz von Rechenwerken große Datenmengen gleichlaufend verarbeitet beziehungsweise genutzt werden können. Zu guter Letzt nimmt die Akzeptanz der Gesellschaft gegenüber Robotik in der Medizin zu und ein allgemeines Umdenken fördert den Fortschritt besagter Systeme.
Auf den ersten operativen Einsatz eines Medizinroboters, 1991 im Rahmen einer transurethralen Resektion der Prostata (urologische Operationstechnik bei erkranktem Gewebe), folgten binnen kurzer Zeit etliche weitere Eingriffe. Auch in Deutschland erhielt die Robotik weiträumigen Einzug – schon bald assistierten Medizinroboter bei sogenannten Knocheneingriffen. Von Jahr zu Jahr nahm die Anzahl der sich weltweit im Einsatz befindenden Medizinroboter zu und ihre Akzeptanz stieg. Dieser Wandel ist heute stärker denn je zu beobachten: Das Dasein von Innovationen und der gegenwärtige Fortschritt werden durch die vielen Systeme und Geräte aus dem Bereich der Robotik, welche nur auf ihre Zulassung warten, deutlich sichtbar.
Entgegen manch einer Fiktion verfolgt die Robotik im medizintechnischen Umfeld nicht das Ziel, den Menschen vollständig zu ersetzen. Primär nehmen Medizinroboter eine assistierende Rolle ein und sind vielmehr als helfende Hand oder verlängerter Arm anzusehen. Sie bieten eine differenzierte Auswahl an Einsatz- und Behandlungsmöglichkeiten und können bei spezieller Konfiguration gewisse Prozesse vereinfacht und präzise umsetzen. Mitunter werden Medizinroboter – oder vielmehr ihr ausführendes Element – auch Manipulatoren genannt, da sie prinzipiell nicht selbstständig handeln und von einem Menschen gesteuert werden müssen. Die Technik stellt in diesem Sinne also eine positive Manipulation oder Optimierung der menschlichen Fähigkeiten dar.
Die großen Vorteile und elementaren Eigenschaften der Medizinroboter kommen vor allem bei minimal-invasiven operativen Eingriffen zum Tragen. Durch ihre gleichbleibende Arbeitsleistung verkürzen sie Operationszeiten, mindern die Belastung der Patientin beziehungsweise des Patienten und verhindern durch Müdigkeit herbeigeführte Behandlungsfehler. Aktiv gesteuerte Medizinroboter können bei Bedarf mittels Konsole aus einer gewissen Distanz bedient werden. Der zuständige Arzt muss demnach nicht direkt am Operationstisch stehen, sondern kann das System aus mehreren Metern Entfernung steuern. Des Weiteren arbeiten Medizinroboter losgelöst von mentalen, emotionalen Impulsen und ermöglichen folglich höchste Präzision – aus räumlicher, aber auch aus zeitlicher Perspektive.
Die Genauigkeit der Medizinroboter rückt insbesondere bei minimal-invasiven Eingriffen, welche auf sehr kleinen Schnitten beruhen, in den Fokus der Medizin. Besagte Systeme sind im Stande, Bewegungen des Arztes umzurechnen und daraufhin minimale Aktionen auszuführen. So wird aus einem Zentimeter am Steuerelement beispielsweise ein Millimeter am Körper der Patientin oder des Patienten.
Das Anwendungsspektrum von Medizinrobotern innerhalb des OP-Saals ist schon heute breit gefächert. Besonders großen Nutzen schöpft hierbei jedoch die Chirurgie mit ihren Facharztrichtungen wie unter anderem der Orthopädie, der plastischen Chirurgie und der Herzchirurgie. Darüber hinaus werden Roboter im medizinischen Umfeld auch außerhalb des Operationssaals mit Erfolg eingesetzt. Spezielle Medizinroboter sind beispielsweise für den Transport von Blutkonserven oder das Abfüllen von Proben zuständig. Andere sind in der Lage, Flüssigkeiten in Reagenzgläsern gezielt zu vermischen. Weitere Anwendungsgebiete von Medizinrobotern sind in den Bereichen von Diagnostik, Pflege und stationärer Behandlung zu finden.
Innovationen der letzten Jahre haben gezeigt, dass ein weiterer Bereich mit einschlägiger Verbindung zur herkömmlichen Medizin von der Robotik profitiert: die Rehabilitation und ihre Maßnahmen. Sogenannte Exoskelette, mit Servomotoren versehene Stützstrukturen, helfen erkrankten Menschen bei alltäglichen Bewegungsabläufen. Harmonic Drive® Units der Baureihe HFUS-2UH werden in den Gelenken der Medizinroboter eingesetzt, um nötige Attribute wie Spielfreiheit, Kompaktheit und Laufruhe zu garantieren. Nur mit hochwertiger, exakt arbeitender Technik ist es möglich, betroffenen Menschen ein effektives Training zur Rehabilitation in einem dreidimensionalen Arbeitsbereich zu bieten. Wie in den bereits angeführten Anwendungsfeldern sind auch bei der Rehabilitation von Patientinnen und Patienten zukünftig viele neue Einsatzmöglichkeiten von Medizinrobotern zu erwarten.
Konstante Arbeitsleistung
Kein Einfluss durch mentale Impulse
Hohe räumliche und zeitliche Präzision
Steuerung wahlweise auch aus der Ferne
Erweiterung der Behandlungsmöglichkeiten