Ein Konsensus der Deutschsprachigen Arbeitsgemeinschaft für Mikrochirurgie (DAM): Stellenwert und Potential der Robotischen Mikrochirurgie

Zusammenfassung

Fragestellungen

Im Rahmen eines Konsensus-Workshops wurden folgende zentrale Fragen zur zukünftigen robotischen Mikrochirurgie diskutiert: • Welche funktionellen und ergonomischen Anforderungen werden an Hardwarekomponenten zukünftiger Systeme gestellt? • Welche Anforderungen bestehen an die Softwarefunktionalität und Systemintegration? • Welche übergreifenden Eigenschaften muss ein robotisches Mikrochirurgiesystem erfüllen, um eine breite Akzeptanz in der klinischen Praxis zu finden?

Methodik

Basierend auf der aktuellen Literatur wurden die oben genannten Fragen im Rahmen eines Expertenworkshops der Deutschsprachigen Arbeitsgemeinschaft für Mikrochirurgie (DAM) 2024 in Aachen diskutiert. Ziel war die strukturierte Ableitung von Empfehlungen für zukünftige robotische Mikrochirurgiesysteme aus Sicht der Anwender. Antworten der Konsensgruppe: Die Teilnehmenden formulierten als Anforderungen an zukünftige Systeme: • Eine Verbesserung der Hardwarekomponenten hinsichtlich Funktionalität, Ergonomie und Modularität, inklusive kabelloser und platzsparender Bauweise. • Eine benutzerfreundliche Software mit intuitiver Steuerung, fließender Skalierung, Sicherheitsfunktionen und Kompatibilität mit Kliniksystemen. • Eine Ausweitung der Anwendungsbereiche, Nachhaltigkeit der Materialien und Integration neuer Technologien wie Augmented Reality und Künstlicher Intelligenz.

 

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Abstract

Key Questions

As part of a consensus workshop, the following key questions regarding the future of robotic microsurgery were discussed: • What functional and ergonomic requirements should future robotic microsurgery systems meet with respect to their hardware components? • What capabilities are expected of the software in terms of usability and integration into existing hospital systems? • What overarching characteristics must a robotic microsurgical system offer to gain widespread acceptance in clinical practice?

Methodology

Based on a review of the current literature, the above questions were discussed during an expert consensus workshop held by the German Speaking Society for Reconstructive Microsurgery (GSRM) in 2024 in Aachen. The aim was to derive structured, user-centred recommendations for future robotic microsurgical systems. Answers of the Consensus Group: The participants defined the following core requirements for future systems: • Enhanced hardware functionality, ergonomics, and modular design–including wireless, space-saving configurations. • User-friendly software with intuitive operation, smooth scaling, integrated safety functions, and compatibility with clinical IT systems. • Expansion of application areas, sustainability of materials, and integration of emerging technologies such as augmented reality and artificial intelligence.

 

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Schlüsselwörter

Robotische Mikrochirurgie - Plastische Chirurgie - Rekonstruktive Chirurgie - Handchirurgie

Keywords

Robotic Microsurgery - Plastic Surgery - Reconstructive Surgery - Hand Surgery

Einleitung

Die Mikrochirurgie und Supermikrochirurgie befassen sich mit Eingriffen an feinen Strukturen im Millimeter- und Submillimeterbereich, bei denen Präzision und Tremorkontrolle den operativen Erfolg maßgeblich beeinflussen können [1].

Mit dem Symani Surgical System (MMI, Jacksonville, USA) steht erstmals ein kommerziell verfügbares roboterassistiertes System zur Verfügung, das speziell für solche mikrochirurgischen Verfahren entwickelt wurde. Im Bild 1 sieht man eine Operation mit dem Symani Surgical System (rechts im Bild), das durch den Operateur (links im Bild) über die Master-Controller bedient wird. Über ein Exoskop wird der OP-Situs auf den Bildschirm übertragen ([Abb. 1]).

Abb. 1 Operation mit dem Symani Surgical System (rechts im Bild) das durch den Operateur (links im Bild) über die Master-Controller bedient wird. Über ein Exoskop wird der OP-Situs auf den Bildschirm übertragen.

Dieses von der FDA zugelassene und CE-zertifizierte System zeichnet sich durch die weltweit kleinsten gelenkenthaltenden Instrumente aus, die Bewegungen bis zu 20-fach skalieren und gleichzeitig durch Tremor verursachte Fehlbewegungen erheblich reduzieren können [2]. Durch diese technischen Möglichkeiten sollen operative Eingriffe nicht nur sicherer und effizienter gestaltet, sondern auch neue, komplexere Techniken ermöglicht werden.

Über den Musa‑Prototyp von Microsure (Eindhoven, Niederlande) erschienen 2018 erste Veröffentlichungen zu präklinischen Studien [3] [4]. Die Musa-Plattform erhielt als weltweit erstes Robotersystem für offene Mikrochirurgie eine CE-Zulassung nach der damaligen MDD-Richtlinie, womit ein begrenzter klinischer Einsatz in den Niederlanden startete [5]. Schließlich wurden 2017 erstmals lymphovenöse Anastomosen (LVA) am Menschen durchgeführt [6]. Zum Zeitpunkt des Workshops lag jedoch keine Zulassung für die klinische Anwendung des aktuellsten Systems, Musa-3, in Deutschland vor, sodass an den am Konsensus teilnehmenden Zentren keine Eingriffe mit diesem System vorgenommen wurden.

Während Systeme wie der Musa-3 noch nicht für den klinischen Einsatz zugelassen sind, wurden Operationsroboter wie das Da Vinci Surgical System (Intuitive Surgical, Sunnyvale, Kalifornien, Vereinigte Staaten) bereits in der rekonstruktiven Mikrochirurgie erprobt. Dieser wurde jedoch nicht speziell für den Einsatz in der Mikrochirurgie konzipiert. Aufgrund der nicht unerheblichen Instrumentengröße und begrenzter optischer Vergrößerung sind diese Systeme insbesondere hinsichtlich der mikrochirurgischen Einsatzmöglichkeiten deutlich limitiert und werden daher nicht routinemäßig eingesetzt [7] [8] [9] [10]. Hervorzuheben ist jedoch, dass mit Hilfe des Da Vinci Surgical Systems die zumindest partielle Möglichkeit einer minimalinvasiven Lappenpräparation und Hebung wie der DIEP-Lappenplastik oder der M. latissimus dorsi-Lappenplastik besteht [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17]. Nur einzelne Arbeiten beschreiben die Durchführung mikrochirurgischer Anastomosen mit diesem System [18].

Speziell für die mikrochirurgische Anwendung ist seit der CE-Zertifizierung im Jahr 2019 das Symani Surgical System (in der Folge abgekürzt als Symani) sowohl in präklinischen Studien als auch in klinischen Anwendungen im Einsatz [2] [19] [20] [21]. Erste Untersuchungen zeigen, dass der Symani hinsichtlich Anastomosenpatenz vergleichbare Ergebnisse wie der bisherige Goldstandard, die manuelle Technik, liefert, bei möglicherweise größerer Gewebeschonung (hinsichtlich Endothelschäden, Thrombusbildung und Intimaproliferation) [2] [19]. Der erste publizierte klinische Einsatz des Symani war die Transplantation eines ultradünnen ALT-Lappens bei einer 15-jährigen Patientin zur Fußrekonstruktion [20]. Seitdem hat das System vielfältige Anwendung in verschiedenen Bereichen der rekonstruktiven Mikrochirurgie gefunden, wie der Lymphchirurgie, der Nervenrekonstruktion, der autologen Brustrekonstruktion, sowie auch bei der Versorgung handchirurgischer Notfälle [22] [23] [24] [25] [26]. Die Lymphchirurgie zählt inzwischen zu den vielversprechendsten Anwendungsfeldern der roboterassistierten Chirurgie, weil Eingriffe an Lymphgefäßen mit Durchmessern von deutlich unter einem Millimeter besonders stark von Tremorfilterung und präziser Bewegungsskalierung profitieren [22] [26].

In einer 2023 publizierten Serie von 23 konsekutiven freien Lappenplastiken im Kopf-Hals-und Extremitätenbereich, wurde, unter Verwendung des Symani, eine Lappenüberlebensrate von über 95% erzielt, welche vergleichbar ist mit konventionellen Ergebnissen ohne Roboter [21].

In einer kürzlich publizierten prospektiven Studie wurden 100 robotergestützte Mikrochirurgie-Eingriffe analysiert, die überwiegend freie Lappenplastiken (73%), Nervenchirurgie (20%) und lymphovenöse Anastomosen (6%) umfassten. Die Komplikationsrate lag bei 12%, darunter ein vollständiger Lappenverlust von 2,7% und ein partieller von 1,4%. Ein intraoperativer Wechsel zu konventionellen Techniken war in nur 3% der Fälle erforderlich [27].

In einer weiteren Studie zeigte die kombinierte Nutzung des Symani Surgical System und des RoboticScope in 23 Operationen eine Lappenüberlebensrate von 95,7% bei einer durchschnittlichen Anastomosezeit von 36,7±10,9 Minuten und einer Ischämiezeit von 100,6±24,9 Minuten. Signifikante Verbesserungen der chirurgischen Leistung gemäß SAMS-Score wurden im Verlauf der Lernkurve festgestellt, und die subjektive Zufriedenheit der Chirurgen war überwiegend gleich oder besser als bei konventionellen Verfahren [28].

In einer Studie zu robotergestützter peripherer Nervenchirurgie wurden 19 Patienten operiert, wobei Verfahren wie Nerventransfers, gezielte Muskelreinnervationen und autologe Nerventransplantate angewendet wurden. Die Lernkurvenanalyse zeigte keine signifikante Verbesserung der Zeit pro Naht zwischen den ersten neun (4,9±0,5 Minuten) und den letzten zehn Koaptationen (5,5±1,5 Minuten). Die Autoren betonen das Potenzial der robotergestützten Chirurgie zur Verbesserung der Präzision, identifizieren jedoch auch Herausforderungen wie Instrumentengriffstärke und das Verkleben der Instrumente durch Blut, die weiterer Forschung und Optimierung bedürfen [29].

Eine aktuelle Studie, die die biomechanischen und histologischen Eigenschaften der mit dem Symani durchgeführten Anastomosen umfassend analysierte, zeigte, dass diese in Bezug auf Anastomosenqualität, Gefäßwandschädigung, intraluminalen Widerstand und Zugfestigkeit den herkömmlichen Anastomosentechniken ebenbürtig sind. Schwachstellen zeigte das System hinsichtlich der Knotenfestigkeit und langsameren Operationszeit [30].

Bis heute wurden weltweit knapp 1000 Operationen erfolgreich mit dem Symani durchgeführt, wobei die Zahl kontinuierlich steigt [31]. Eine breitere Anwendung wird durch die aktuell noch sehr hohen Anschaffungskosten, sowie die Einweg-Nutzung der empfindlichen Instrumente erschwert. Der Kapitalaufwand für ein Symani-System liegt derzeit bei rund 1 Mio. US-Dollar. Hinzu kommen Wartungsverträge von über $100 000  pro Jahr sowie robotikspezifische Verbrauchsmaterialien, die pro Eingriff mit etwa $1 500 – $3 500 zu Buche schlagen [32]. Außerdem dauert die Durchführung einer robotisch assistierten mikrochirurgischen Anastomose in der Regel länger als bei manuellen Techniken, selbst nach Abschluss der Lernkurve, wobei dieser Unterschied vor allem bei großlumigeren Anastomosen besteht und sich die Anastomosenzeit bei kleinen Gefäßen zunehmend annähert [22].

Ein aktuelles systematisches Review identifizierte weltweit nur 16 Studien zur robotisch assistierten Supermikrochirurgie, überwiegend Fallserien oder Einzelfallbeschreibungen. Die meisten publizierten Anwendungen entfielen auf lymphovenöse Anastomosen (37%), während freie Lappen 14% und Nervenkoaptationen lediglich 2% ausmachten. Trotz hoher unmittelbarer Anastomosen-Durchgängigkeitsraten von 99,38% fehlen prospektiv-kontrollierte Daten, sodass derzeit keine Indikation als evidenzbasiert etabliert betrachtet werden kann. Weitere multizentrische Studien mit robustem Studiendesign sind unerlässlich [32].

Für die kommenden Jahre ist die CE-Zertifizierung und Markteinführung des Musa-3 (Microsure) zu erwarten [33]. Zudem wurde bekannt, dass auch Sony die Entwicklung eines eigenen Mikrochirurgieroboters verfolgt [34].

Ziel des vorliegenden Konsensuspapiers ist es, aus Sicht der Anwender die Möglichkeiten und Limitationen der aktuell zur Verfügung stehenden Systeme kritisch und umfassend zu beleuchten und Erwartungen an zukünftige Systeme klar zu formulieren.

Zentrale Fragestellungen des Konsensus-Workshops waren:

• Welche Limitationen bestehen bei den derzeit klinisch eingesetzten robotisch-assistierten Mikrochirurgiesystemen?

• Welche Anforderungen stellen Nutzerinnen und Nutzer an Hard- und Software zukünftiger Systeme?

• Welche Erwartungen bestehen hinsichtlich Funktionalität, Einsatzgebieten und technologischer Weiterentwicklung robotisch assistierter Mikrochirurgiesysteme?

 

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Methode

Die vorliegende Publikation fasst als Konsensus die relevante Literatur sowie die Diskussion und die Empfehlungen der Teilnehmer des Workshops „Mikrochirurgische Robotik“ der 45. Jahrestagung der Deutschsprachigen Arbeitsgemeinschaft für Mikrochirurgie (DAM) am 08.11.2024 in Aachen, Deutschland zusammen. Die im Rahmen des Konsensus-Workshops diskutierten und erarbeiteten Empfehlungen beziehen sich auf eine Literaturanalyse und Diskussion des technischen Zustandes und der Fähigkeiten des zum Zeitpunkt der Erhebung einzig kommerziell verfügbaren und zum klinischen Einsatz zugelassenen Systems. Hier möchten wir betonen, dass dieses lediglich stellvertretend und exemplarisch für etwaige zukünftige Robotersysteme steht, welche mit ähnlichen technischen Herausforderungen konfrontiert werden.

Vor Beginn des Workshops war unter den anwesenden Mitgliedern die weitverbreitete Auffassung vertreten, dass die Nutzung des Symani derzeit mit verschiedenen Nachteilen gegenüber der manuellen Technik verbunden ist, die einer flächendeckenden Anwendung im Wege stehen. Die Diskussion wurde in die Bereiche Hardware, Software und allgemeine Eigenschaften eines Mikrochirurgie-Roboters gegliedert, so dass anhand dieser Bereiche strukturierte Erwartungen an die technischen Eigenschaften zukünftiger Systeme entwickelt werden konnten. Es wurde eine umfassende Analyse der Limitationen des bisherigen Systems durchgeführt, um zunächst eine klare und konsensuelle Zusammenfassung des Ist-Zustands vorzunehmen und daraus ableitend präzise formulierte Anforderungen an zukünftige Mikrochirurgieroboter zu erstellen. Diese können als konzeptueller Leitfaden für die Entwicklung solcher Systeme aus Anwendersicht verstanden werden.

Methodisch wurde der Konsensus-Workshop nach den etablierten Vorgaben der DAM aufgebaut, indem zur Abgleichung des Wissensstands aller Teilnehmer die aktuelle Studienlage im Zuge eines Impulsvortrages aufgezeigt wurde. Die im Anschluss erfassten Empfehlungen basieren auf der relevanten Literatur sowie den Erfahrungen der anwesenden Teilnehmer dieses Workshops. Diese Erfahrungen dürfen somit definitionsgemäß nicht als evidenzbasierte Leitlinie gewertet werden, was aufgrund der spärlichen komparativen Datenlage zwischen der robotisch assistierten Mikrochirurgie und der konventionellen Technik ebenfalls nicht möglich ist und daher auch nicht Ziel dieses Konsensusberichtes ist.

 

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Zusammenfassung der Datenlage und der Diskussion

Anforderungen an Hardware-Komponenten eines Mikrochirurgie-Roboters

Unter den Workshopteilnehmern herrschte umfassender Konsens, dass ein breiteres Angebot an Instrumenten mit mehr Funktionalität und hoher Qualität erwünscht ist und die derzeit klinisch einsetzbaren Instrumente diese Anforderungen bisher nicht vollumfassend abdecken können.

Um das Anwendungsspektrum zu erweitern, werden folgende Aspekte diskutiert:

Klinische Einsatzfähigkeit der Instrumente

• Entwicklung von Multifunktionsinstrumenten, die mehrere Funktionen in einem Instrument/ Multitool vereinen und so die Anzahl der Instrumentenwechsel reduzieren, die Funktionalität verbessern und OP-Zeiten minimieren.

• Alternativ schnellerer und unkomplizierterer Wechsel von Einzelfunktionsinstrumenten, um Flexibilität und Effizienz im OP zu steigern.

• Integration von spezifischen Funktionen wie monopolare Diathermie, bipolare Koagulation und Präparierschere

 

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Optische Systeme

• Integration der optischen und robotischen Komponenten in einem einzigen kabellosen, platzsparenden System, was die Ergonomie, den Platzbedarf und die Integration dieser Systeme in den klinischen Alltag verbessert

 

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Aufbau und Bedienung

• Möglichkeit der Positionierung von Instrumentenarmen mit Joystick- oder Fußpedalsteuerungen, um die Positionierung einfacher und effizienter zu gestalten.

• Reduktion des Gesamtgewichtes des OP-Roboters, um ein Auf- und Abbau, sowie einen ggf. notwendigen Transport zu vereinfachen

• Die derzeit verwendeten Pinzetten-artigen Controller haben laut Workshopteilnehmenden Einschränkungen hinsichtlich Haptik und Kontrolle. Verbesserungen könnten durch festere Halterungen und ein ergonomischeres Design erreicht werden.

 

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Ergonomie und Individualisierung

• Verbesserte Anpassbarkeit der Sitzposition der Stühle der Bedienkonsole, um den unterschiedlichen Körpergrößen von Benutzerinnen und Benutzern gerechter zu werden.

• Individualisierungsmöglichkeiten durch unterschiedliche Hardware-Größen z. B. der Controller und individuelle Voreinstellungen wären wünschenswert, um den unterschiedlichen Anforderungen gerecht zu werden.

• Die Ergonomie der gesamten Arbeitsumgebung sollte durch gezielte Anpassungen verbessert werden, etwa durch höhenverstellbare Elemente, optimierte Arbeitsbereiche und individuell anpassbare Steuerungseinheiten

• Eine prospektive Studie mit 87 robotergestützten mikrochirurgischen Eingriffen zeigte, dass die Nutzung eines Exoskops signifikant geringere Beschwerden im Nacken- und Hinterkopfbereich verursachte als herkömmliche Mikroskope [35]. Diese Erkenntnis bestätigt die Notwendigkeit einer Weiterentwicklung ergonomischer optischer Systeme.

 

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Technische Herausforderungen und Verbesserungsmöglichkeiten

• Der Aufbau des aktuellen Systems ist durch eine Vielzahl von Kabelverbindungen gekennzeichnet, die nicht nur den Aufbau erschweren, sondern auch potenzielle Stolperfallen darstellen. Eine kabellose Verbindung würde den Aufbau vereinfachen und die Sicherheit im OP erhöhen.

• Die Steuerung der Instrumente könnte durch präzisere Sensorik und besser abgestimmte Bewegungsübertragungen weiter optimiert werden.

• Die Integration einer intuitiven Benutzeroberfläche für die Kontrolleinheit wurde ebenfalls angeregt, um die Bedienung weiter zu vereinfachen und die Lernkurve zu verkürzen.

Um weitere Anwendungsfelder zu erschließen, werden weitere Funktionen benötigt. Hierfür werden die Möglichkeiten von Multifunktionsinstrumenten oder die Möglichkeit eines effizienteren Wechsels von Einzelfunktionsinstrumenten diskutiert. Ebenso werden exemplarische Funktionen, wie die einer monopolaren Diathermie einer Präparierschere besprochen, welche jedoch keinesfalls darauf beschränkt bleiben sollen.

Das aktuelle System ist nicht mit einer Mikroskopie-Optik fusioniert. Unter den Workshopteilnehmern wird dies als Nachteil gesehen, da hierdurch zwangsläufig die zusätzliche Verwendung eines weiteren optischen Systems notwendig ist. Bestehende Systeme sind konzeptuell aufgrund des unabhängigen Entwicklungsprozesses nicht eindeutig aufeinander abgestimmt und benötigen zusätzlichen Platz. Momentan wird für die Anwendung des genutzten Systems mindestens ein 3D-Bildschirm und ein Exoskop oder ein Operationsmikroskop, die Kontrolleinheit und der OP-Roboter selbst benötigt (Bild 1). Zum allergrößten Teil sind diese Geräte durch Kabel miteinander verbunden, was den Aufbau umständlich macht, ein Stolperhindernis darstellt und den benötigten Platz weiter erhöht. Es wird somit der Wunsch nach kabellosen Verbindungen und der Reduktion des Platzbedarfes dieser Systeme geäußert.

Die Positionierung der Instrumente bzw. der Arme des Roboters erfolgt momentan durch initiale Positionierung durch Assistenzen und im Anschluss durch die Feinjustierung mittels Controller. Dies wird als umständlich angesehen und die Möglichkeit der Positionierung durch einen Joystick oder ein Fußpedal diskutiert.

Die Instrumente werden durch zwei Pinzetten-artige Controller, so genannte Master, gesteuert, die man in einem gewissen Arbeitsbereich im Raum bewegt. Eine Verbesserung der Ergonomie und Kontrolle durch robustere und stabilere Instrumente z. B. durch eine Modifikation der Kunststoffbezüge wird von den Teilnehmenden des Workshops diskutiert. Momentan stehen zwei in ihrer Sitzfläche unterschiedliche Stühle zur Verfügung. Überdurchschnittlich große, bzw. unterdurchschnittlich kleine Workshopteilnehmerinnen und -teilnehmer berichteten jedoch, dass die aktuell verfügbaren zwei unterschiedlichen Stühle beide gleichermaßen nicht für deren Körpergröße ausgerichtet seien, was das Arbeiten mit dem System in ihrem Fall deutlich erschwere.

Es wird deutlich, dass die Teilnehmerinnen und Teilnehmer unterschiedliche Ansprüche an die Eigenschaften haben, was die Notwendigkeit der Individualisierung der Hardware verdeutlicht. Hierbei wird ein großer Fokus auf die notwendige Ergonomie robotisch assistierter Mikrochirurgiesysteme gelegt. Eine weitere Individualisierung der physikalischen Komponenten könnte beispielsweise durch die Möglichkeit individueller Voreinstellungen und der Verfügbarkeit unterschiedlich großer Hardwarekomponenten erreicht werden. Zukünftig könnten somit robotische Systeme eine im Vergleich zur manuellen Technik verbesserte Ergonomie aufweisen.

Weiterhin besprechen die Workshopteilnehmer die Risiken einer zu großen Latenz zwischen den Bewegungen der Master und der Übertragung auf den Roboter. Da dies mit potenziellen Risiken bei gewissen Operationsschritten einhergeht, wird die soweit technisch mögliche Elimination der Latenz gefordert. Hierbei muss zwischen der Latenz der Bildübertragung des Exoskops an den Bildschirm und der Latenz der Übertragungen der Master-Bewegungen an den Roboter unterschieden werden.

 

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Anforderungen an Software-Komponenten eines Mikrochirurgie-Roboters

Benutzerfreundlichkeit und Bedienung

Die Workshopteilnehmer heben hervor, dass eine intuitivere Steuerung und Bedienbarkeit eines Mikrochirurgieroboters die Einführung und Akzeptanz solcher Systeme fördern kann. Im Rahmen der Debatte wurden folgende Aspekte erörtert:

• Eine intuitive und einfache Steuerung des Mikrochirurgieroboters, um die Lernkurve zu verbessern und die Integrierbarkeit solcher Systeme in den klinischen Alltag zu vereinfachen ohne die Notwendigkeit extensiver Vortrainings.

• Eine stufenlose Skalierung wird als vorteilhaft angesehen, ebenso wie ein schneller Wechsel zwischen zwei voreingestellten Skalierungsstufen, um diffizile und grobe Arbeitsschritte effizienter zu gestalten.

• Die gemeinsame Ansteuerung der Skalierung des Roboters und des Exoskops wird als wichtiges Entwicklungsziel genannt, um die Handhabung zu erleichtern.

 

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Begrenzungen des Arbeitsbereichs

• Großzügiger Arbeitsbereich mit integriertem Sicherheitsbereich, um ein zügiges Arbeiten bei gleichzeitig hoher Patientensicherheit zu gewährleisten.

• Schnelle und einfache Wiederaufnahme der Steuerung, falls der Arbeitsbereich überschritten wird. Eine zusätzliche Reset-Funktion wird vorgeschlagen, um die Instrumente in ihre Ausgangsposition zurückzuführen.

 

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Integration und Kompatibilität

• Die Teilnehmer diskutierten die Bedeutung der Kompatibilität mit gängigen Krankenhausinformationssystemen und Bilddarstellungsstandards wie DICOM. Diese Schnittstellen würden eine Integration präoperativ erhobener Daten, wie Schnittbilder, ermöglichen.

• Ein solches System könnte robotisch assistierten Mikrochirurgie-Systemen eine neue Rolle als multimodale Informationsquelle und Operationsassistenz zuweisen.

• Es wurde betont, dass der Roboter dennoch autark bedienbar bleiben muss, um in Notfallsituationen nicht von externen Systemen abhängig zu sein.

Die Workshopteilnehmenden berichten, dass die ersten Anwendungen des Roboters als mühsam empfunden wurden, was sich auch in den Lernkurven der publizierten Studien widerspiegelt. Als ursächlich wird hier unter anderem die als umständlich erachtete Bedienung diskutiert. Für eine breite Akzeptanz unter Mikrochirurginnen und -chirurgen müsse sich die Bedienung frühzeitig flüssig und intuitiv anfühlen.

Anders als in der konventionellen Mikrochirurgie fehlt bei der Verwendung der aktuell zugelassenen Mikrochirurgieroboter bisher ein haptisches Feedbacksignal. Da dies für bestimmte Operationsschritte, wie z. B. das Knoten der Fäden von Bedeutung ist, diskutieren die Anwesenden die Möglichkeit eines Feedbacks der Kraftübertragung. In welcher Form dies erfolgen sollte oder muss (akustisch, optisch oder z. B. haptisch in Form von Vibrationen) bleibt hierbei offen. Bei besonders feinen mikrochirurgischen Nähten wird dem Feedback ein geringerer Nutzen beigemessen, da die geringe Fadenstärke bereits bei der konventionellen, manuellen Naht die Bedeutung des taktilen Feedbacks in den Hintergrund treten lässt.

Der Operationsroboter skaliert die eigenen Bewegungen um bis zu 1:20 herunter. Hierbei ist allerdings keine stufenlose Einstellung, sondern nur eine in vier vorgegebenen Skalierungsstufen möglich. Eine stufenlose Skalierbarkeit würde individuellere Einstellungen und ggf. eine verbesserte Steuerbarkeit durch Anpassung an die eigene Arbeitsgeschwindigkeit ermöglichen. Ebenfalls wird der schnelle Wechsel zwischen zwei voreingestellten Skalierungsstufen als vorteilhaft gesehen zur Effizienzsteigerung zwischen diffizileren und gröberen Arbeitsschritten. Eine gemeinsame Ansteuerung der Einstellungen der Skalierung des Roboters und des Exoskops wird ebenfalls als vorteilhaft diskutiert.

Aktuell ist der vorgegebene Arbeitsbereich stark begrenzt, so dass der Roboter beim Überschreiten dieser Begrenzung verharrt. Damit die Steuerung wieder aufgenommen werden kann, ist eine umständliche erneute Kopplung des Systems notwendig. Die meisten Workshopteilnehmer berichten, dass diese eigentlich als Sicherungsfunktion gedachte Situation recht häufig eintritt, unter anderem in kritischen Situationen während der Operation. Es herrscht Konsens, dass der Arbeitsbereich weiter vergrößert werden sollte und die Wiederaufnahme der Steuerung deutlich intuitiver und schneller möglich sein muss. In diesem Zuge wird auch der Wunsch nach einer Reset-Funktion geäußert, über die die Instrumente ihre Ausgangsposition einnehmen.

Im Sinne des Konzeptes des vollintegrierten Operationsroboters der Zukunft mit Anwendungsmöglichkeiten wie Augmented Reality oder dem intraoperativen Abruf präoperativ erhobenen Schnittbilddaten besprachen die Workshop Teilnehmenden die Notwendigkeit der Kompatibilität und Schnittstellen mit gängigen Krankenhausinformationssystemen, als auch Bilddarstellungsstandards wie DICOM. Dies erlaubt die Integration unterschiedlicher Informationsquellen in ein bestehendes Operationssystem und würde ein solches System im Hinblick auf Funktionalität über den bloßen mechanischen Aspekt der Skalierung von Bewegungen auf ein neues Niveau heben. Hiermit würde einem robotisch assistierten Mikrochirurgie System eine neue Rolle als multimodale Informationsquelle, als auch Operationsassistenz zugewiesen werden. Nichtsdestotrotz sollte die Bedienung des Roboters weiterhin autark möglich sein, um in Notfallsituationen nicht von diesen Systemen abhängig zu sein.

Zukünftige Fortschritte in der innovativen Steuertechnik sowie bei der Einbindung verschiedener Datenquellen könnten robotischen Systemen somit eine Funktion als umfassende Informationsressource und zugleich als vielseitige operative Plattform eröffnen, die in der Lage ist, multiple chirurgische Schritte in einem einzigen Eingriff durchzuführen.

 

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Erwartungen an die zukünftige Rolle und Fähigkeiten der Robotik in der Mikrochirurgie

Neben der kritischen Evaluation der Soft- und Hardwarekomponenten erfolgte ebenfalls eine Erörterung der Erwartung an allgemeine Eigenschaften eines Mikrochirurgieroboters.

Momentan ist die Anwendung auf die mikrochirurgische Gefäßnaht begrenzt, was jedoch technisch, als auch zeitlich nur einen kleinen Teil des mikrochirurgischen Operierens abbildet. Die Teilnehmer diskutierten somit die Möglichkeiten der Anwendungserweiterung, zum Beispiel des robotisch assistierten Präparierens. Hierbei ist wie zuvor bereits dargelegt die Entwicklung von weiteren innovativen Instrumenten notwendig.

Für gewisse Anwendungsgebiete wie dem Operieren in engen und tiefergelegenen anatomischen Gebieten, etwa dem Kopf-/Halsbereich oder in Körperhöhlen wie intrathorakal/ intraabdominell, werden spezifische Anforderungen wie parallel ausgerichtete Instrumente orientierend an den technischen Entwicklungen wie dem Ein-Port-System bei Da Vinci genannt. Dies würde das Anwendungsspektrum, als auch die Bedienbarkeit in solch hinsichtlich der räumlichen Anforderungen herausfordernden OP-Gebieten verbessern.

Die zukünftige Entwicklung der Robotik in der Mikrochirurgie sollte sich auf die Verbesserung der Ergonomie und Effizienz für alle Beteiligten im Operationssaal konzentrieren. Ein zentraler Ansatzpunkt ist die Erweiterung der Funktionalität des Systems, beispielsweise durch die Integration eines dritten oder vierten robotischen Arms. Diese zusätzlichen Arme könnten Aufgaben wie das Halten von Gewebe oder das Einbringen von Instrumenten übernehmen, wodurch die Arbeitslast der Operationsassistenz erheblich reduziert wird.

Ein weiterer Entwicklungsfokus ist die Optimierung des Platzbedarfs im Operationssaal. Durch die Verlagerung der optischen Systeme näher an den Roboter könnten mehr Freiräume geschaffen werden, was sowohl der Assistenz als auch den operationstechnischen Assistentinnen und Assistenten zugutekäme. Eine kompaktere Bauweise und ein modularer Aufbau würden zudem die Flexibilität und Transportfähigkeit des Systems verbessern.

Langfristig könnten diese Verbesserungen nicht nur die Effizienz und Ergonomie steigern, sondern auch die Akzeptanz robotischer Systeme in der Mikrochirurgie deutlich erhöhen. Ein flexibler, gut integrierter und ergonomisch optimierter Operationsroboter würde neue Anwendungsfelder erschließen und die Zusammenarbeit im OP-Team grundlegend verbessern.

Das aktuelle Symani Modell verwendet kostspielige Einweginstrumente, die kurzlebig und nicht recyclebar sind. Nachhaltigkeitsaspekte in einer durch den Klimawandel bedrohten Welt mit sich verkappenden Ressourcen, sowie ein hohes durch den Gesundheitssektor verursachtes Müllaufkommen werden momentan nicht ausreichend adressiert. Es werden die Optionen des Recyclings und die Möglichkeit von wiederverwendbaren Instrumenten besprochen. In einem breiten Konsens wird auf die notwendige Beachtung dieser Aspekte hingewiesen, damit eine umfassende Akzeptanz solcher Systeme gelingt.

Zukünftige robotisch assistierte Mikrochirurgie-Systeme könnten durch die Integration von Augmented Reality und präoperativen Bilddaten die intraoperative Navigation und Präzision verbessern. Diese Technologien würden es ermöglichen, komplexe anatomische Strukturen besser zu visualisieren und Eingriffe gegebenenfalls genauer zu planen und durchzuführen.

Die Entwicklung von Schnittstellen, die es erlauben, verschiedene Informationsquellen wie Bilddaten, Patientendaten und intraoperative Diagnostik nahtlos zu integrieren, würde robotische Systeme zu einem zentralen Element des chirurgischen Workflows machen.

Die Integration von künstlicher Intelligenz (KI) in robotisch assistierte Mikrochirurgie-Systeme eröffnet vielversprechende Perspektiven für die Zukunft. Durch den Einsatz von KI könnten als erster Schritt teilautonome Funktionen realisiert werden, bei denen der Roboter bestimmte Schritte, wie das Durchziehen einer Naht oder das Knüpfen eines Knotens, eigenständig übernimmt. KI-gestützte Bild- und Sensordatenanalyse verspricht eine Echtzeit-Erkennung kritischer Strukturen, adaptive Bewegungsführung und perspektivisch semi-autonome Teilabläufe, Entwicklungen, die das klinische Einsatzspektrum und die Patientensicherheit signifikant erweitern könnten.

Diese Automatisierung könnte nicht nur die Präzision und Effizienz solcher Prozesse steigern, sondern auch die Arbeitsbelastung der Chirurginnen und Chirurgen verringern. Langfristig könnten KI-gestützte Assistenzsysteme zudem dazu beitragen, standardisierte Abläufe zu etablieren und die Lernkurve für die Bedienung robotischer Systeme zu verkürzen.

Gleichzeitig erfordert der KI-Einsatz eine sorgfältige Berücksichtigung ethischer und regulatorischer Aspekte, etwa Transparenz der Entscheidungswege (Explainability), Schutz sensibler Patientendaten, Cyber-Security und Haftungsfragen im Rahmen des EU-AI-Acts. Diese Punkte wurden im Konsensus-Workshop als wichtig erkannt, konnten jedoch nicht im Detail evaluiert werden, da der Fokus des Workshops auf den zum Zeitpunkt des Treffens klinisch verfügbaren Systemen lag. Eine vertiefte Analyse von KI-basierten Anwendungsszenarien und Sicherheitsmechanismen bleibt daher Gegenstand zukünftiger, spezifisch darauf ausgerichteter Forschungsprojekte.

Sicherheit des robotischen Systems

Ein zentraler Aspekt bei der Weiterentwicklung robotischer Systeme ist die Berücksichtigung relevanter Sicherheitsprobleme und Herausforderungen. Dazu gehört die Einhaltung aller CE-Zertifizierungsanforderungen für die verwendeten Materialien, um eine optimale Anwender- und Patientensicherheit zu gewährleisten.

Zudem wird eine "Fail-Safe"-Funktion für die Roboterarme als essenziell erachtet, um im Falle eines Systemausfalls eine vorab definierte sichere Position einzunehmen. Bei der Einführung drahtloser Systeme ist eine redundante Übertragung der Daten unerlässlich, um die Zuverlässigkeit und Sicherheit während der Operation zu gewährleisten.

Auch der Umgang mit KI stellt eine Herausforderung dar, insbesondere in Bezug auf die Validierung und Nachvollziehbarkeit der Algorithmen. Hier bedarf es klarer Richtlinien und regelmäßiger Überprüfungen, um die Sicherheit und Effektivität KI-gestützter Funktionen zu gewährleisten.

Zusammenfassend werden eine Ausweitung der Funktionen, modifizierbare Arme, Nachhaltigkeitsaspekte, Integration von Augmented Reality und KI als auch eine verbesserte Ergonomie mit geringerem Platzbedarf, sowie relevante Sicherheitsaspekte diskutiert.

 

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Limitationen und Ausblick

Die vorliegenden Ergebnisse sind als Experten-Konsensus zu verstehen und ersetzen keine vergleichenden Wirksamkeitsstudien. Sie spiegeln den Wissens- und Technikstand zum Zeitpunkt des Workshops wider und fokussieren auf klinisch verfügbare Plattformen. Daraus resultiert eine eingeschränkte Generalisierbarkeit, zumal die Evidenzbasis bislang überwiegend aus Einzelfallberichten und kleinen Serien besteht. Panelzusammensetzung und Konsensusmethodik können Selektions-, Antwort- oder Mehrheitseffekte (bzw. Konformitäts-Bias) nicht vollständig ausschließen. Ökonomische Aspekte und Erstattungsfragen werden adressiert, konnten aber nicht in Form vollständiger gesundheitsökonomischer Evaluationen bearbeitet werden.

Nächste Schritte sind multizentrische, prospektive Register und, wo sinnvoll, randomisierte kontrollierte Vergleichsstudien mit klar definierten Endpunkten (z. B. Durchgängigkeits- und Revisionsraten, OP-Zeit, Ischämiezeit, funktionelle Ergebnisse, patientenberichtete Outcomes (PROMs)), die Entwicklung und Validierung standardisierter Trainings-/Kompetenzkriterien (Proficiency-based Progression), begleitende Kosten-Effektivitäts-Analysen unter Berücksichtigung der DRG-Rahmenbedingungen sowie sicherheits- und ethikorientierte Bewertungen (inkl. Cybersecurity und Human-Factors). Perspektivisch sollten KI-gestützte Funktionen nur nach prospektiver Validierung und im Rahmen eines MDR-konformen Risikomanagements implementiert werden.

 

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Konsensfindung

Im Anschluss an den Vortrag des Workshops und der angeregten Diskussion wurde unter den Workshopteilnehmern ein Konsens zu den folgenden Themen erzielt:

1. Hardware eines Mikrochirurgieroboters

   • Die Funktionalität und Qualität der Instrumente sollten dem jeweiligen Einsatzgebiet in der Mikrochirurgie angemessen sein. Aktuell wird festgestellt, dass dies nicht in allen Anwendungsbereichen vollständig gewährleistet ist. Eine Weiterentwicklung, die gezielt auf die Anforderungen verschiedener Operationstypen eingeht, könnte die Einsatzmöglichkeiten und die Effizienz der Instrumente deutlich steigern.

   • Es sollten weitere Einsatzgebiete von Instrumenten möglich sein. Ob hierfür Multifunktionsinstrumente verwendet werden oder ein zügiger Wechsel zwischen unterschiedlichen einzelnen Instrumenten stattfindet, bleibt freigestellt.

   • Eine angemessene optische Vergrößerung, beispielsweise durch die Integration eines Exoskops in das robotische System, wird als vorteilhaft erachtet. Diese Lösung könnte die Sicht auf das Operationsfeld verbessern und gleichzeitig den Platzbedarf minimieren.

   • Die Verbindung zwischen Master und der Konsole sollte mit möglichst wenig Kabeln funktionieren.

   • Die Instrumente sollten sich über einen Joystick oder ein Fußpedal positionieren lassen, nachdem die grobe Positionierung durch die unsterile Assistenz erfolgte.

   • Die Controller sollten eine anwendungsadäquate Haptik haben und individualisierbar sein.

   • Die Ergonomie des Systems sollte optimal an die Anwenderin/den Anwender anpassbar sein (z. B. hinsichtlich der Körpergröße).

2. Software eines Mikrochirurgieroboters

   • Die Software sollte intuitiv zu bedienen sein.

   • Die Übertragung der Bewegungen auf den Roboter und die optische Übertragung sollten ohne Verzögerung erfolgen.

   • Die Skalierung der Bewegungen sollte fließend einstellbar sein.

   • Es wird eine intuitive Sicherungsfunktion gefordert, sollte man mit den Controllern den Arbeitsbereich verlassen.

   • Über eine Reset-Funktion sollten die Instrumente in ihre Ausgangsposition bewegbar sein.

   • Es wird die Kompatibilität mit der gebräuchlichen Krankenhaussoftware (KIS, DICOM) gewünscht.

   • Um eine sichere Verwendung auch in Notsituationen wie Stromausfall oder Absturz der Krankenhaussoftware zu gewährleisten, sollte eine autarke Basisfunktionalität gewährleistet sein.

3. Allgemeine Eigenschaften des Mikrochirurgieroboters

   • Von dem Operationsroboter wird ein breiter mikrochirurgischer Anwendungsbereich gefordert, der über das bloße Nähen von Anastomosen hinausgeht.

   • Die Arme und Instrumente des Roboters sollten flexibler einstellbar sein, zumindest aber dicht genug beieinander liegen, um das Operieren auf engem Raum zu ermöglichen.

   • Es werden Konzepte zur Nachhaltigkeit (Green Surgery) gefordert

   • Für alle mit dem Roboter arbeitenden Teammitglieder wird eine optimale Ergonomie gefordert.

   • Das System sollte möglichst platzsparend einsetzbar sein, da Platzmangel ein häufiges Problem in Operationssälen darstellt.

   • Der Operationsroboter sollte leicht zu transportieren sein, um einen einfachen und zügigen Einsatz zu ermöglichen.

 

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Zusammenfassende Beantwortung der Konsensusfragen

• Hardware: Es besteht ein Konsens über die Notwendigkeit multifunktionaler, ergonomisch anpassbarer Instrumente mit intuitiver Positionierung, geringem Platzbedarf und möglichst kabelloser Verbindung.

• Software: Die Steuerung soll intuitiv, flexibel skalierbar und sicher sein. Eine Integration in Kliniksysteme (z. B. KIS, DICOM) sowie autarke Nutzbarkeit sind essenziell.

• Allgemeine Eigenschaften: Robotisch assistierte Mikrochirurgiesysteme sollten nachhaltig konzipiert sein, einen breiten Anwendungsbereich abdecken und durch neue Technologien wie Augmented Reality oder KI unterstützt werden.

 

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Schlussfolgerung

Im Zuge des Workshops „Robotische Mikrochirurgie“ konnte nach Darlegung der neuesten Datenlage und anschließender Konsensfindung festgehalten werden, welche Eigenschaften man von zukünftigen robotischen Systemen erwartet. Aktuell verfügbare Systeme können diese bisher jedoch nur partiell abbilden, so dass weitere technische Innovationen und Entwicklungen notwendig sind. Zusätzlich müssen zukünftige Systeme entweder durch signifikante Kostensenkungen oder durch eine adäquate Kostenerstattung seitens der Krankenversicherungen wirtschaftlich tragfähig werden. Dies ist erforderlich, um eine längerfristige und breite Etablierung solcher Systeme zu gewährleisten.

Die Entwicklung und Implementierung weiterer mikrochirurgischer Operationssysteme wird von den Teilnehmenden des Konsensus Workshops ausdrücklich begrüßt, da dies zu einem größeren Wettbewerb mit Diversifizierung des Angebotes führen wird.

Es wird erwartet, dass robotische Systeme in Zukunft eine immer stärkere Rolle im Operationsalltag einnehmen werden.

 

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Dr. med. Tim Leypold

Dr. med. Tim Leypold wurde am 08.12.1994 in Rudolstadt geboren und studierte von 2013 bis 2019 Humanmedizin an der Friedrich-Schiller-Universität Jena. 2019 schloss er eine experimentelle Promotion mit dem Titel „Untersuchung der Wirkung von cAMP-Analoga auf HCN-Schrittmacherkanäle“ zum Dr. med. ab („magna cum laude“). Seit Januar 2020 ist er als Arzt in Weiterbildung zum Facharzt für Plastische, Rekonstruktive und Ästhetische Chirurgie an der Klinik für Plastische Chirurgie, Hand- und Verbrennungschirurgie des Universitätsklinikums der RWTH Aachen tätig.

Interessenkonflikt

Die Autorinnen/Autoren geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.

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Publication History

Received: 26 May 2025

Accepted: 27 August 2025

Article published online:
21 October 2025