Wir öffnen die Tür und treten in einen hellen Raum. Rechts steht ein Operationsmikroskop mit zwei Okularen, daneben ein Roboterarm auf einem Bürotisch. In diesem Forschungslabor arbeiten Thomas Bucher, Doktorand an der Neuro Robotics Group (NRG), und Thomas Petutschnigg, Assistenzarzt an der Universitätsklinik für Neurochirurgie am Inselspital, gemeinsam an einer Studie zu robotischer Assistenz in der Neurochirurgie. 

Die Räumlichkeiten der NRG im ARTORG Center liegen nur einen Katzensprung von den Operationssälen des Inselspitals entfernt. In unmittelbarer Nähe zu den Kliniken des Inselspitals erforschen Fachpersonen aus Medizin, Naturwissenschaften und Technik, wie sich chirurgische Eingriffe weiter optimieren lassen, etwa um Operationen am Nervensystem noch schonender durchzuführen. 

Geleitet wird die NRG von Manuela Eugster. Die Assistenzprofessorin für Robotik und Mikromechatronik verfolgt ein klares Ziel: «Wir möchten Technologien entwickeln, die das medizinische Personal wirkungsvoll entlasten und Patientinnen und Patienten zu einer besseren Behandlung verhelfen.» 

Die Erweiterung der Neurochirurgie 

Die Neurochirurgie sei seit jeher eng mit technischen Innovationen verbunden, sagt Petutschnigg. Beispielhaft dafür stehe das Operationsmikroskop: Es verbessert nicht nur die Sicht auf Nerven und Gefässe und ermöglicht Eingriffe mit millimetergenauer Präzision, sondern ist inzwischen auch mit Navigation, Fluoreszenztechnik und digitaler 3D-Darstellung ausgestattet. 

Robotik hat in anderen Bereichen der Chirurgie längst ihren Platz. In der Viszeralchirurgie, Urologie und Gynäkologie kommt beispielsweise das Robotiksystem «Da Vinci» zum Einsatz, das von Fachpersonen über eine Konsole gesteuert wird. In der Hirnchirurgie aber, wo unter dem Mikroskop an feinsten Strukturen gearbeitet wird, hat ein vergleichbar etabliertes Robotersystem bisher noch nicht Einzug gefunden. Auch dort setzt die Arbeit der NRG an. 

Petutschnigg umfasst mit der Hand ein stiftähnliches Eingabegerät, das an einen Stabilo-Tintenroller erinnert, und bewegt es in kleinen, kontrollierten Bewegungen. Der Roboterarm daneben reagiert kaum sichtbar. Während der Roboterarm das Instrument näher an das chirurgische Übungsmodell bringt, wird jede noch so feine Handbewegung präzise auf den Roboterarm übertragen. Systeme wie dieses können feinste, unwillkürliche Handbewegungen herausfiltern und sorgen so für zusätzliche Stabilität, ohne dass die Chirurgin oder der Chirurg die Kontrolle abgibt. Für Petutschnigg ist genau das entscheidend: «Der Roboter fühlt sich nicht fremd an», sagt er. «Er arbeitet nicht selbstständig, sondern setzt meine Bewegungen noch präziser um. Die Kontrolle über das System bleibt jederzeit bei mir.»  

«Der Roboter fühlt sich nicht fremd an. Er arbeitet nicht selbstständig, sondern setzt meine Bewegungen noch präziser um. Die Kontrolle über das System bleibt jederzeit bei mir.»

Thomas Petutschnigg

«Es gibt Behandlungen, bei denen Neurochirurginnen und Neurochirurgen an ihre physiologischen Grenzen kommen – genau bei solchen Behandlungen setzen wir an. Unsere Rolle ist es letztlich, eine Erweiterung des Menschen durch Technik zu ermöglichen», sagt Bucher. Die eigenen Hände können das Sichtfeld in entscheidenden Momenten einschränken, feinste Bewegungen lassen sich nicht beliebig weiter skalieren, und operative Zugänge sollen möglichst klein und gewebeschonend bleiben. 

Die NRG ist jedoch nicht nur in der Neurochirurgie aktiv. Ein weiteres Projekt im Bereich der Viszeralchirurgie widmet sich der Erkennung von Tumorgewebe mit polarisiertem Licht. 

Wie Licht Tumorgewebe sichtbar macht  

Wir verlassen den hellen Raum wieder und vis-à-vis öffnet sich eine weitere Tür. Wir treten in den nächsten Raum. Er ist dunkel, kühl und ohne Fenster. Alles wirkt still und steril; beinahe liesse sich der eigene Puls hören. In der Mitte des Raumes steht ein Operationstisch. Darauf liegt ein Übungsmodell aus Silikon, mit Tüchern bedeckt wie ein Körper im Operationssaal. Nur ein ausgeschnittenes Rechteck bietet Zugang. Im Zentrum mit dem Operationstisch steht ein Apparat: der Prototyp eines optischen Gerätes, das in Zukunft im Operationssaal Tumorgewebe mithilfe von polarisiertem Licht sichtbar machen soll. 

Im Projekt «PolaLife» wird Gewebe mithilfe einer Lichtquelle und einer speziellen Optik mit polarisiertem Licht beleuchtet. Eine Kamera erfasst anschliessend das reflektierte Licht. Dabei wird eine sogenannte «Müller-Matrix» erstellt. Sie enthält Informationen darüber, wie das Licht durch die Eigenschaften von menschlichem Gewebe verändert wird. Aus diesen Informationen lässt sich ableiten, ob das Gewebe eher gesund oder tumorverdächtig ist. Dieses Projekt wurde von einem interdisziplinären Team gegründet: Prof. Raphael Sznitman, Leiter des ARTORG Center und der Forschungsgruppe Artificial Intelligence in Medical Imaging, Prof. Dr.med. Daniela Candinas, Klinikdirektor und Chefarzt Viszerale und Transplantationschirurgie, Prof. Oliver-Brice Demory, Leiter des Medical Sensing Laboratory am ARTORG und des Center for Space and Habitability der Universität Bern, und Prof. Dr. med. Aurel Perren Direktor und Chefarzt des Instituts für Gewebemedizin und Pathologie. Heute wird das Team durch Manuela Eugster unddie NRG mit Kompetenzen im Bereich Robotik und Mechatronik ergänzt.

Für die Chirurgie könnte dieses Verfahren künftig von grosser Bedeutung sein. «PolaLife» benötigt weder ionisierende Röntgenstrahlung wie für eine Computertomographie (CT) noch ausgeschnittene Gewebeproben, wie sie für klassische histologische Untersuchungen nötig sind. Stattdessen entstehen die Bilder direkt am Gewebe. Zudem lässt sich diese nicht-invasive, nebenwirkungsfreie Messung beliebig wiederholen.

Marcel Allenspach, Doktorand an der NRG, richtet gerade das Gerät im Demonstrationsraum aus und startet die Messung. Das polarisierte, sehr helle Licht strahlt auf die Probe. Auf dem Bildschirm erscheint der Bildausschnitt vielfach und macht die Gewebeeigenschaften in jeweils verschiedenen Farbtönen sichtbar.  

Allenspach betont: «Verglichen mit der üblichen Entwicklungsdauer von Medizintechnik können wir hier am ARTORG Center extrem schnell testen, weil unser Demonstrationsraum sehr nah zum Inselspital liegt.» Langfristig soll «PolaLife» direkt während einer Operation am Gewebe eingesetzt werden – ohne zusätzliche Probenentnahme. Noch befindet sich die Technologie jedoch in der Entwicklungsphase. Deshalb arbeiten die Forschenden daran zu überprüfen, ob das System zuverlässig funktioniert. Die kurzen Wege aus dem Operationsumfeld zum ARTORG ermöglichen Tests unter Bedingungen, die dem späteren Einsatz im Operationssaal möglichst nahekommen. Forschende können Operationen vor Ort beobachten und mit Chirurginnen und Chirurgen die Prototypen direkt testen.

Wo Labor und OP zusammenrücken 

Aus klinischer Sicht muss ein neues Gerät mehr können, als technisch zu funktionieren. Es muss sich in bestehende Abläufe einfügen, von verschiedenen Berufsgruppen verstanden und im hektischen Umfeld eines Operationssaals sicher bedient werden können. Hinzu kommt, dass die verschiedenen Fachpersonen nicht immer dieselbe Sprache sprechen. Was aus ingenieurwissenschaftlicher Sicht eine technische Dimension oder eine Schnittstelle ist, kann aus chirurgischer Sicht eine Frage der Handhabung, Sicht oder Sicherheit sein. 

«Auch wenn man die gleichen Worte verwendet, kommt es in solchen interdisziplinären Projekten vor, dass meine klinischen Partner und ich darunter essenziell unterschiedliche Dinge verstehen.»

Marcel Allenspach

«Auch wenn man die gleichen Worte verwendet, kommt es in solchen interdisziplinären Projekten vor, dass meine klinischen Partner und ich darunter essenziell unterschiedliche Dinge verstehen», sagt Allenspach. Die Nähe zur Klinik ermöglicht einen häufigeren und vertieften Austausch sowie die Besprechung konkreter Fragestellungen direkt vor Ort und im passenden Umfeld. Allenspach nennt ein Beispiel: Auf dem Papier könnte ein Roboterarm neben dem Operationstisch problemlos Platz finden. Wenn er dann effektiv im Operationsraum steht, zeigt sich sofort, ob das wirklich stimmt, inmitten der Geräte, Monitore, Kabel und Menschen, die während eines Eingriffs um den Tisch arbeiten. «Wenn ich tatsächlich im Operationssaal stehe, sehe ich schon aus der Distanz, ob und wo für mein Gerät Platz ist», sagt er. 

Was im hellen Labor mit Robotik und im Demonstrationsraum mit Licht weitergeht, folgt demselben Prinzip: Technik so nah an der klinischen Realität zu entwickeln, dass sie eines Tages tatsächlich im Operationssaal helfen kann. So wird aus einer Idee und der daraus entstehenden Technologie eine wertvolle Erweiterung menschlicher Fähigkeiten und eine neue Möglichkeit, Patienten und Patientinnen besser zu behandeln.