Roboterassistierte Bypass-OP per Schlüsselloch-Technik

Bei der Koronaren Herzkrankheit (KHK) verengen Ablagerungen (Plaques) aus Cholesterin, Kalk, Entzündungszellen und Bindegewebe die Blutgefäße. Sind die Koronararterien betroffen, wird der Herzmuskel nicht mehr richtig mit Blut versorgt. Die Durchblutung des betroffenen Herzmuskelareals kann mithilfe der Kathetertechnik, der sogenannten perkutanen Koronarintervention (PCI), verbessert oder wiederhergestellt werden: Ausgeprägte Gefäßeinengungen werden mittels eines Ballons wieder geöffnet und durch einen Stent (Metallgeflecht) dauerhaft offengehalten.

Bei Patienten mit komplexer koronarer Mehrgefäßerkrankung oder mit Verengung des Hauptstamms der linken Herzkranzarterie ist jedoch die koronararterielle Bypass-Operation weiterhin das Mittel der Wahl. Dabei wird eine Umgehung (engl. bypass) um den verengten Gefäßbereich gelegt. „Bei der Bypass-Operation gibt es große Fortschritte durch hochmoderne Verfahren, die den Eingriff weniger invasiv machen, den Patienten eine Eröffnung des Brustbeins ersparen und sie so weniger belasten“, erklärt Dr. Julius Kaemmel, angehender Herzchirurg von der Klinik für Herz-, Thorax- und Gefäßchirurgie am Deutschen Herzzentrum der Charité (DHZC) in Berlin.

Ein intelligentes Assistenzsystem für robotergestützte, minimalinvasive Bypass-Operationen

In spezialisierten Zentren wie dem DHZC erfolgen diese minimalinvasiven Prozeduren (auch bekannt als Schlüsselloch-Technik) zunehmend mit Unterstützung komplexer mehrarmiger Operationsroboter. Doch auch der Umgang mit diesen neuen Techniken will von den angehenden Herzchirurgen erst einmal gelernt sein.

Dr. Kaemmel setzt genau hier an. Er entwickelt in seinem Forschungsprojekt LIM-AR – An Augmented Reality Feedback System for Safe Harvesting of the Left Internal Mammary Artery in Robotic Coronary Artery Bypass Surgery ein intelligentes Assistenzsystem für robotergestützte, minimalinvasive Bypass-Operationen. Die Deutsche Stiftung für Herzforschung (DSHF) zeichnete ihn dafür in diesem Jahr mit der Dr. Rusche-Projektförderung aus und unterstützt sein Projekt mit knapp 60.000 Euro. 

Minimalinvasive Herz-OP für den Patienten sicherer und schonender

„Das Ziel ist, minimalinvasive Herzoperationen präziser, sicherer und schonender für die Patienten zu machen“, erläutert Prof. Dr. Armin Welz, Herzchirurg und Vorsitzender des Wissenschaftlichen Beirats der DSHF. Die Auszeichnung des Forschungsvorhabens von Dr. Kaemmel mit der Dr. Rusche-Projektförderung wurde im Rahmen der Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Thorax-, Herz- und Gefäßchirurgie in Köln übergeben.

Das neue Assistenzsystem soll einen besonders komplexen Schritt bei der minimalinvasiven Bypass-OP erleichtern und sie sicherer machen: Um die Engstellen in den Herzkranzgefäßen zu überbrücken, bedient man sich vorrangig körpereigener Arterien. „Die linke Brustwandarterie ist in der Regel am besten geeignet, um den Blutfluss im Herzen wieder herzustellen“, erläutert Dr. Kaemmel. „Bei der Freilegung darf sie jedoch auf keinen Fall verletzt werden.“ Um dies sicherzustellen, will Kaemmel ein visuelles Feedbacksystem einsetzen, das Augmented Reality (AR) und Künstliche Intelligenz (KI) kombiniert.

Intelligentes System warnt bei drohender Verletzung des Bypass-Gefäßes

Im Detail bedeutet dies: Während der robotergestützten Bypass-OP steuert der Operateur die am OP-Tisch platzierten feinbeweglichen Arme des Robotik-Systems von einem Cockpit aus. Er orientiert sich dabei über eine hochauflösende dreidimensionale Kamera, die Bilder aus dem Körperinneren macht und die Lage der Arterie präzise darstellt.

Im Rahmen des „LIM-AR“-Projektes wird dieses Kamerabild aus dem Operationsgebiet mit einer virtuellen Benutzeroberfläche fusioniert (Augmented Reality, AR). Das System überwacht die Interaktion zwischen den Instrumenten der Roboterarme und der inneren Brustwandarterie basierend auf 3D-Echtzeitdaten. Wenn es eine drohende Verletzung des Bypass-Gefäßes erkennt oder wenn die Funktion zum Beispiel durch eine verschmutzte Kameralinse beeinträchtigt ist, warnt es akustisch und visuell.

Das auf KI basierende Feedback-System wird anhand von endoskopischen Bilddaten trainiert und validiert. Die Entwicklung und das Training der Bilderkennungssoftware sowie deren Validierung erfolgt gemeinsam mit Forschenden des Instituts für kardiovaskuläre Computer-assistierte Medizin an der Charité – Universitätsmedizin Berlin und soll in etwa zwei Jahren abgeschlossen sein.

Roboterassistierte Bypass-OP für schnellere Genesung

„Schlussendlich ist es das Ziel, die prozeduralen Erfolgsraten von roboter-assistierten Bypassoperationen und damit das Behandlungsergebnis und die Prognose der so behandelten Patienten weiter zu verbessern“, erläutert Prof. Dr. Jörg Kempfert, der das herzchirurgische Team am DHZC leitet, zu dem Kaemmel gehört.

Das DHZC führt derzeit circa 100 roboterassistierte Bypass-Operationen pro Jahr durch. „Die Patientinnen und Patienten profitieren dabei von einem schmerzarmen Verfahren, das eine schnelle Genesung und kürzere Klinikaufenthalte erlaubt“, betont Kempfert.

Quelle: idw