Roboter-assistierte Chirurgie – Stellenwert in der Urologie

Urologik

Autor:

Dr. Jan Klein

Urologische Klinik der Universität Ulm, Ulm (Ärztlicher Direktor: Prof. Dr. Christian Bolenz)

Autor:

Dr. Marie-Claire Rassweiler

Urologische Klinik Universitätsklinikum Mannheim, Mannheim (Ärztlicher Direktor: Prof. Dr. Maurice Stephan Michel)

Autor:

Dr. Ali Serdar Goezen

Urologische Klinik, SLK-Kliniken Heilbronn, Akademisches Lehrkrankenhaus der Universität Heidelberg

Autor:

Prof. Dr. Jens J. Rassweiler

Urologische Klinik, SLK-Kliniken Heilbronn, Akademisches Lehrkrankenhaus der Universität Heidelberg E-Mail: jens.rassweiler@slk-kliniken.de

16.05.2018

Schon 1996 führten Buess und Schurr erste Versuche mit einem Operationsroboter zur Laparoskopie (ARTEMIS) am Kernforschungszentrum Karlsruhe durch. 1999 gelang es den Firmen Computer Motion (ZEUS) und Intuitive Surgical (da Vinci), erste klinische Einsätze der beiden Systeme zu realisieren.1–4 <hr /> Dabei stellte sich das Da-Vinci-System schnell als das qualitativ bessere Gerät heraus: Es bot den Vorteil einer geschlossenen Konsole mit 3D-Bild, freibeweglichen schlaufengeführten Instrumenten mit 7 Freiheitsgraden und einem Kupplungsmechanismus zur Korrektur der Arbeitsposition der Hände des Operateurs. 4–6 Die technisch weniger aufwendige Konzeption des ZEUS ermöglichte allerdings eine transatlantische laparoskopische Cholezystektomie durch Marescaux.3–8 Andere endoskopische Roboter, wie der von Wickhams Arbeitsgruppe konzipierte TURP-Roboter, bewährten sich demgegenüber nicht im klinischen Einsatz.9 Nachdem Intuitive Surgical im Jahr 2003 Computer Motion mit all seinen Patentrechten übernommen hatte, bestand in den letzten 15 Jahren eine Monopolsituation bezüglich eines Operationsroboters.6–7 Da die wesentlichen Patente von Intuitive Surgical im Jahr 2019 auslaufen, kann eine interessante Konkurrenzsituation in den kommenden Jahren erwartet werden. Inzwischen sind nämlich zahlreiche Firmen daran, Konkurrenzprodukte zum Da-Vinci-System zu entwickeln.8 <h2>Da Vinci XI – das aktuelle State-of-the-Art-Gerät</h2> Intuitive Surgical hat die letzten 15 Jahre intensiv dazu genützt, ihr System weiterzuentwickeln. So wurde mit dem SI-System die Grundlage für eine neue Konsole gelegt, die neben den bestehenden Modulen ein 3D-HD-Videosystem integrierte und ein seitengetrenntes Auskuppeln sowie ein einfaches Umschalten des auf 4 Arme erweiterten Manipulatorsystems ermöglichte. Optional besteht die Möglichkeit einer zweiten Konsole zum Einarbeiten/Training oder für kombinierte Manöver. Seit 2016 steht das XISystem zur Verfügung, welches wirklich als State-of-the-Art-Operationsroboter angesehen werden muss. Basierend auf der Mechanik der SI-Konsole wurde ein Full-HD-Videosystem implementiert mit exzellenter Auflösung und Schärfe auch bei starker Vergrößerung. Außerdem können externe Videosignale (Ultraschall, CT) in den Bildschirm der Konsole integriert werden und das Videosystem besitzt die Möglichkeit der Fluoreszenzdiagnostik mit Isocyanin-Grün. Die Hauptentwicklung stellt jedoch das komplett überarbeitete Konzept der vier Roboterarme dar. Dies ermöglicht die Platzierung der 8mm-Stereooptik von allen 4 Ports (Arbeitstrokaren). Die 30°-Optik kann automatisch von der Konsole aus gedreht werden, was sehr hilfreich bei Eingriffen im kleinen Becken ist (z.B. Sakrokolpopexie). Außerdem besteht in Verbindung mit dem OP-Tisch der Firma Trumpf Medical die Möglichkeit, den Tisch intraoperativ bei liegenden Trokaren zu bewegen, was vor allem für chirurgische Indikationen (z.B. Rektumresektion) bedeutsam ist (Abb. 1). <img src="/custom/img/files/files_datafiles_data_Zeitungen_2018_Urologik_Uro_1802_Weblinks_s21_abb1.jpg" alt="" width="1419" height="1528" /> <h2>Alternative Roboter für die Laparoskopie</h2> In der Zwischenzeit stehen mehrere neu entwickelte Roboter zur Verfügung bzw. kurz vor dem klinischen Einsatz. Senhance (TransEnterix) Unter dem Namen Telelap ALF-X wurde das Gerät mit EU-Fördermitteln von der italienischen Firma SOFAR entwickelt. 2015 erwarb TransEnterix alle Rechte und übernahm die weitere Entwicklung. Das Gerät besitzt bereits die CE-Zulassung und das FDA-Approval für gynäkologische und chirurgische Eingriffe im Becken.10 Es besteht aus einer offenen Konsole mit einem Brillen-gestützten 3D-HD-Videosystem. Die Kontrolle der Optik ist über die Augenbewegung (&bdquo;eye tracking“) möglich. Der Chirurg benützt Handgriffe ähnlich wie bei der konventionellen Laparoskopie. Diese ermöglichen ein taktiles Feedback. Damit können in erster Linie laparoskopische Instrumente bedient werden mit nur 5 Freiheitsgraden. Nadelhalter mit 7 Freiheitsgraden stammen von der Firma Tuebingen Scientific. Die drei Roboterarme sind auf separaten Wägen montiert. Zwar konnten schon erfolgreich Hysterektomien und Sigmaresektionen mit Senhance durchgeführt werden, Videoaufzeichnungen einer Hernienoperation demonstrieren jedoch einige ergonomische Defizite des Systems: Es fehlt offenbar ein Kupplungssystem, um eine ergonomische Handhaltung des Operateurs zu garantieren (Abb. 2). Außerdem fehlen bisher Videosequenzen zum klinischen Einsatz der Instrumente mit 7 Freiheitsgraden. <img src="/custom/img/files/files_datafiles_data_Zeitungen_2018_Urologik_Uro_1802_Weblinks_s21_abb2.jpg" alt="" width="1419" height="1377" /> Revo-i (meerecompany) Basierend auf einer langjährigen Zusammenarbeit von Samsung und der Yonsei-Universität in Seoul wurde ein 4-Arm-System mit offener Konsole entwickelt und erste experimentelle Daten publiziert.11 Dies war die Grundlage für erste klinische Studien im Jahr 2017 in Korea. Alle Instrumente besitzen 7 Freiheitsgrade, wobei das Design der Endeffektoren noch etwas grob aussieht. Die 4 Roboterarme sind – wie bei da Vinci – auf einem Wagen angeordnet. Hugo (Medtronic) Schon 2010 publizierte das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrttechnik (DLR) erste Details über ein motorengetriebenes Robotersystem bestehend aus 3 Armen mit je 7 Gelenken (MIRO).12 Diese wurden von einer offenen Konsole mit Brillen-gestützter 3D-Videotechnik bedient. Die Kontrolle der Instrumente erfolgte mit der Sigma.7-Technologie der Firma Force Dimension aus Nyon. 2013 erwarb Medtronic alle Rechte an den Patenten und entwickelte das System in seinen Forschungszentren in den USA weiter. Durch den nahezu zeitgleichen Erwerb von Covidien verfügt Medtronic über einen exzellenten Produzenten laparoskopischer Instrumente und Endeffektoren (z.B. LigaSure). Nach dem bisherigen Design sollen die Roboterarme auf einzelnen Wägen angeordnet sein. Für 2019 sind erste klinische Einsätze geplant. Avatera (avateramedical) Basierend auf Patenten aus dem Jahre 2012 und 2013 entwickelte die Firma avateramedical in Jena einen Operationsroboter mit geschlossener Konsole, wobei das 3D-HD-Videobild mittels Mikroskoptechnik über zwei Okkulare realisiert wird. 4 Roboterarme sind auf einem Wagen angeordnet. Die Konsolensteuerung erfolgt auch mittels Sigma.7-Technologie und die Umsetzung der Instrumente (alle mit 7 Freiheitsgraden) durch Tuebingen Scientific (Abb. 3). 2018 sind als Basis für die 2019 angestrebte CE-Zulassung erste öffentliche experimentelle Demonstrationen geplant. <img src="/custom/img/files/files_datafiles_data_Zeitungen_2018_Urologik_Uro_1802_Weblinks_s21_abb3.jpg" alt="" width="1419" height="1289" /> Japanese Robot (Medicaroid) Die Zusammenarbeit von Kawasaki und Sysmex ermöglichte die Entwicklung dieses Gerätes. Es besteht aus einer halb offenen Konsole mit Okulartechnologie und drei am Operationstisch fixierten Armen. Allerdings ist vor 2019 nicht mit einer klinischen Realisierung des Projektes zu rechnen. Taurus (Verb Surgical) 2015 wurde Verb Surgical von Ethicon (Johnson & Johnson) und Verily (Google Life Sciences) gegründet. Auch wenn noch wenig Konkretes über das entsprechende Design des Operationsroboters vorliegt, kann wohl davon ausgegangen werden, dass der Taurus Dexterous Robot die Basis darstellen wird. Es ist das Ergebnis einer früheren Kooperation von Ethicon und SRI International. Letztere waren auch in die Entwicklung des da Vinci involviert. Das Gerät wird gegenwärtig zur Entschärfung von Bomben eingesetzt, bietet aber jetzt schon eine geschlossene Konsole mit 3DSpiegeltechnologie und Roboterarmen mit 7 Freiheitsgraden, die wieder mittels Sigma.7-Technologie gesteuert werden. Von Google Life Sciences sollen entsprechende Algorithmen zur Integration unterschiedlicher Informationssysteme (z.B. Bildgebung, Funktionsdaten) in das System kommen. <h2>Alternative Systeme für die Single-Port-Chirurgie</h2> Auch hier hat Intuitive Surgical einen Innovationsvorsprung. Für die SP 1098- platform besteht eine CE-Zulassung, die erste klinische Applikationen in Frankreich (radikale Prostatektomie, partielle Nephrektomie) ermöglichte.13 Außerdem wurde das System in Pilotstudien zur perinealen radikalen Postatektomie eingesetzt. Es besteht aus der 21mm messenden Hülse, in die drei teleskopartige Arme mit Gliedergelenken sowie eine Optik integriert sind (Abb. 4a–c). Die Steuerung der Platform erfolgt über die XI/SI-Konsole. <img src="/custom/img/files/files_datafiles_data_Zeitungen_2018_Urologik_Uro_1802_Weblinks_s21_abb4a.jpg" alt="" width="2152" height="829" /> SPORT Surgical System (Titan Medical) Auch Titan Medical hat ein vergleichbares Single-Port-System entwickelt, welches von einer Konsole gesteuert wird. SPORT wurde erstmals 2016 in Boston auf dem SAGES-Kongress vorgestellt. Es zielt in erster Linie auf chirurgische Indikationen (Cholezystektomie) ab, es liegen aber auch schon tierexperimentelle Erfahrungen mit der partiellen Nephrektomie vor (Abb. 5a–d). <img src="/custom/img/files/files_datafiles_data_Zeitungen_2018_Urologik_Uro_1802_Weblinks_s21_abb5.jpg" alt="" width="1419" height="1490" /> Weitere Robotersysteme Grundsätzlich lassen sich in Literatur und Internet weitere Robotersysteme für die Laparoskopie (Amadeus RSS, SOFIE, Raven, BROCA) und Single-Port-Chirurgie (ARAKNES, IREP, Nebraska Robot, Waseda Robot) finden, die aber alle im Entwicklungsstadium hängen geblieben sind. <h2>Roboter für die Endourologie</h2> Im Wesentlichen wurden zwei Systeme für die Roboter-assistierte flexible Ureteroskopie eingesetzt. Sensei-Magellan-System (Hansen Medical) Ursprünglich wurde das Sensei-Magellan- System für kardiologische oder angiografische Interventionen konstruiert. Es ermöglicht eine Steuerung einer Hülse, die als Schiene für einen intravasalen Katheter dient. 2011 haben Desai und Mitarbeiter das System zur Roboter-assistierten flexiblen Ureteroskopie eingesetzt. Hierzu wurde ein 7,5-Ch-flexibles Ureteroskop in die Hülse eingeführt und dort fixiert. Damit konnte das Instrument passiv bewegt werden. Komplexere Manöver, wie das Entfernen von Fragmenten, waren nicht möglich, daher wurde dieses Projekt wieder eingestellt.14 Das System wird allerdings weiterhin in der interventionellen Kardiologie und Radiologie eingesetzt. Avicenna Roboflex (Elmed) Dieses Gerät wurde speziell für die flexible Ureteroskopie entwickelt.15 Es besteht aus einer Konsole, von der aus der Urologe sämtliche Bewegungen des Manipulators über zwei speziell konfigurierte Joysticks kontrolliert. Zusätzlich kann er die Laserfaser bewegen und die Spülung entsprechend einstellen. Das endoskopische Bild wird direkt auf dem integrierten HD-Bildschirm dargestellt. Über Fußschalter lassen sich der Laser bzw. die Röntgendurchleuchtung aktivieren (Abb. 6a–d). Wir haben das System bisher bei weit über 200 Patienten erfolgreich eingesetzt.16, 17 Der Vorteil liegt vor allem in der besseren Ergonomie für den behandelnden Urologen, was sich vor allem bei komplizierten Fällen (Steine über 10mm, multiplen Steinen) auswirkt. <img src="/custom/img/files/files_datafiles_data_Zeitungen_2018_Urologik_Uro_1802_Weblinks_s21_abb6.jpg" alt="" width="1419" height="1437" /> <h2>Robotische TURP</h2> Schon 1989 hatte die Gruppe um John Wickham einen Roboter zur Durchführung einer transurethralen Prostataresektion (Probot) vorgestellt.9 Hierbei erfolgte das Morcellement der Prostata von innen mittels eines Gewebeverflüssigers (ähnlich einem Rührmix) basierend auf den Daten des transrektalen Ultraschalls (TRUS). Eine direkte endoskopische Kontrolle war aufgrund der ausgeprägten Gewebeblutung nicht möglich. Dies führte zu entsprechenden Komplikationen (i.e. Kapselperforation, Gefäßverletzung), sodass das Projekt wieder eingestellt wurde. Aquablation (Procept ) 2015 stellte Gilling das Konzept der transurethralen Aquablation der Prostata vor. Inzwischen besitzt das Gerät eine CE-Zulassung. Die Gewebeverflüssigung erfolgt durch Hydrodissektion mit einem adaptierbaren Wasserstrahl (Kärcher- Prinzip). Auch hier wird TRUS zur individuellen Berechnung der Ablation, allerdings in Kombination mit der Videoendoskopie, eingesetzt. Das Gerät wird bei 12 Uhr am Blasenhals platziert und kann von dort Prostatagewebe in einem Winkel von maximal 210° abladieren. Die Ablationstiefe reicht bis maximal 3cm und wird in der Nähe des Kollikels deutlich reduziert (Abb. 7a–d). Hiermit sind Ablationsgeschwindigkeiten von bis zu 5g Prostatagewebe pro Minute möglich.18, 19 Es liegen inzwischen auch sehr positive Erfahrungen aus Deutschland (Prof. Thorsten Bach, Hamburg) vor. <img src="/custom/img/files/files_datafiles_data_Zeitungen_2018_Urologik_Uro_1802_Weblinks_s21_abb7.jpg" alt="" width="1419" height="1372" /> <div id="fazit"> <h2>Fazit</h2> Erste Ansätze der Roboter-assistierten Chirurgie bei urologischen Indikationen stammen schon aus dem letzten Jahrhundert. Inzwischen hat sich das Manipulatorsystem da Vinci als Standard der Roboter- assistierten Laparoskopie in der Urologie, aber auch in anderen Fachgebieten durchgesetzt. Mit Auslaufen der Patentrechte von Intuitive Surgical im Jahr 2019 werden zahlreiche Konkurrenzprodukte auf den Markt kommen. Diese müssen allerdings erst belegen, ob sie dem hohen Qualitätsstandard der Da- Vinci-Serie (SI, X, XI) entsprechen. Hierbei können Vergleichskriterien wie Art der Konsole (offen/geschlossen), Anordnung der Roboterarme (auf einem oder mehreren Wägen), Art des 3D-Videosystems (durch Spiegeltechnik, Okular oder mittels Brille) und die Qualität der Endeffektoren (5 versus 7 Freiheitsgrade) hilfreich sein (Tab. 1). Andererseits stehen inzwischen auch zwei Robotersysteme für die Endourologie zur Verfügung: das Avicenna Roboflex für die flexible Ureteroskopie und die Roboter-assistierte Aquablation der Prostata. Während Roboflex ähnlich dem Da-Vinci- System die Ergonomie des Eingriffes erleichtert, ersetzt die Roboter-gestützte Aquablation – abgesehen von der möglichen Blutstillung – erstmals den Operateur.</div> <div> </div> <div><img src="/custom/img/files/files_datafiles_data_Zeitungen_2018_Urologik_Uro_1802_Weblinks_s21_tab1.jpg" alt="" width="2151" height="1467" /></div> <a class="literatur" data-toggle="collapse" href="#collapseLiteratur" aria-expanded="false" aria-controls="collapseLiteratur" >Literatur</a> <div class="collapse" id="collapseLiteratur"> 1 Schurr MO et al.: Robotics and telemanipulation technologies for endoscopic surgery. A review of the ARTEMIS project. Surg Endosc 2000; 14: 375-81 2 Reichenspurner H et al.: Use of the voice-controlled surgical system ZEUS for endoscopic coronary bypass grafting. J Thorac Cardiovasc Surg 1999; 118: 11-6 3 Marescaux J et al.: Transatlantic robot-assisted telesurgery. Nature 2001; 413: 379-80 4 Rassweiler J et al.: Robotic and telesurgery: will they change our future? Curr Opin Urol 2001; 11: 309-20 5 Teber D et al.: Robotics and imaging in urological surgery. Curr Opin Urol 2009; 19: 108-13 6 Rassweiler J et al.: Future of minimally invasive surgery. In: Artibani W, Rassweiler J, Kaouk J, Menon M (eds.): Minimally invasive surgery in urology, international consultation on minimally invasive surgery in urology. ICUDEAU 2015; pp. 353-410 7 Leal Ghezzi T, Campos Corleta O: 30 years of robotic surgery. World J Surg 2016; 40: 2550-7 8 Rassweiler JJ et al.: Future of robotic surgery in urology. BJU Int 2017; 120: 822-41 9 Harris SJ et al.: The Probot – an active robot for prostate resection. Proc Inst Mech Eng H 1997; 211 (4): 317-25 10 Fanfani F et al.: Total laparoscopic (S-LPS) versus TELELAP ALF-X robotic- assisted hysterectomy: a case control study. J Minim Invasive Gynecol 2016; 23: 933-8 11 Kim DD et al.: Robot-assisted partial nephrectomy with the REVO I-robot platform in porcine models. Eur Urol 2016; 69: 541-2 12 Hagn U et al.: DLR Miro Surge: a versatile system for research in endoscopic telesurgery. Int J Comput Assist Radiol Surg 2010; 5: 183-9 13 Kaouk JH et al.: A novel robotic system for single-port urologic surgery: first clinical investigation. Eur Urol 2014; 66: 1033-43 14 Desai MM et al.: Robotic flexible ureteroscopy for renal calculi: initial clinical experience. J Urol 2011; 186: 563-8 15 Saglam R et al.: A new robot for flexible ureteroscopy: development and early clinical results (IDEAL Stage 1-2b). Eur Urol 2014; 66: 1092-110 16 Klein JT et al.: Multicenter phase II study of the clinical use of the Avicenna Roboflex URS robot in robotic retrograde intrarenal surgery. J Urol 2016; 195 (Suppl.): 116 A (abstract no. PD 18- 08) 17 Rassweiler J et al.: Robot-assisted flexible ureteroscopy: an update. Urolithiasis 2018; 46: 69-77 18 Gilling P et al.: Aquablation – image-guided robot-assisted water-jet ablation. BJU Int 2016; 117: 923-9 19 Gilling P et al.: WATER: a double blind, randomized controlled trial of Aquablation® vs transurethral resection of the prostate in benign prostatic hyperplasia. J Urol 2018; 199: 1252-61 </div>

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