Robotik. Wird der Medizinroboter das ärztliche Fachpersonal ersetzen können?

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2. Grundlagen der Robotik
2.1 Roboter in der Medizin
2.2 Der Da-Vinci-Roboter

3. Grenzen und Potentiale der Robotik in der Medizin
3.1 Potentiale und Vorteile der Medizinroboter
3.2 Grenzen und Nachteile der Medizinroboter

4. Fazit

5. Literaturverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Einleitung

Aufgrund des demografischen Wandels und der damit verbundenen Zunahme an medi­zinisch bedürftigen Menschen sowie dem bevorstehenden Fachkräftemangel im Ge­sundheitsbereich, wird mit Hilfe von Technik versucht, einen Ausgleich zu finden, damit auch in Zukunft eine gute Versorgung im Gesundheitssektor gewährleistet werden kann (PwC, 2017). Laut einem WHO-Bericht fehlen bis 2030 weltweit schätzungsweise bis zu 18 Millionen Beschäftigte im Gesundheitssektor (WHO 2017). Mit der voranschreitenden Digitalisierung beginnt parallel dazu auch im Versorgungsmanagement des Gesund­heitswesens ein neues Zeitalter (König & Schröder & Wiegand, 2018). Im Rahmen der medizinisch-technischen Entwicklung haben sich Roboter fest in die Versorgung inte­griert. Bereits in den 80er Jahren wurden kleine invasive Eingriffe unter Zuhilfenahme von Robotern durchgeführt (Woopen & Jannes, 2019).

In der heutigen Industriegeneration 4.0. finden Roboter in diversen Einsatzgebieten An­wendung. Hierzu gehören Militärroboter für Erkundungsgänge, Industrieroboter für die Produktion und Medizinroboter zur Unterstützung bei medizinischen Behandlungen (Stahl & Coeckelbergh, 2016). Um den Umfang der Hausarbeit einzuschränken, werden sich die Ausarbeitungen auf Medizinroboter beschränken. Als konkretes Beispiel fokus­sieren sich die Ausführungen auf den Da-Vinci-Roboter der Firma Surgical in Kalifornien. Dieser ist besonders für den urologischen und gynäkologischen Bereich geeignet (De Rosa, 2013). Auch seitens des Bundesministeriums für Bildung und Forschung wird die Entwicklung in der Medizintechnologie zur Erlangung einer besseren medizinischen Ver­sorgung gefördert. In den letzten Jahren hat sich die Anwendung der Robotik im Rahmen von Operationen einer stetig wachsenden Beliebtheit erfreut (Schuler, 2018). Es müssen jedoch zuerst zahlreiche, sicherheitsbezogene Aspekte geklärt werden, bevor es zu ei­nem Einsatz von Robotern im Gesundheitsbereich kommt, sodass es durch diesen Ro­botereinsatz zu keinen negativen Auswirkungen kommt. Die Hausarbeit soll untersu­chen, in wieweit sich ärztliches Fachpersonal durch Medizinroboter ersetzen lässt.

Nach einer thematischen Einleitung in die Hausarbeit werden kurz die Grundlagen der Robotik vorgestellt. Anschließend wird die Verwendung von Robotern in der Medizin und mögliche Einsätze thematisiert. Aufgabe der Hausarbeit ist die Beantwortung der For­schungsfrage, ob Roboter ärztliches Fachpersonal ersetzen können. Im Rahmen der Analyse werden im Hauptteil die Vor- und Nachteile der Anwendung thematisiert sowie mögliche Grenzen und Potentiale aufgezeigt. Ein abschließendes Fazit bildet die Zu­sammenfassung der Ausarbeitung. Die Literatursuche fand in den Datenbanken Pub­med, Ciando Books, Science Direct und Springer Link statt.

2 Grundlagen der Robotik

Unter einem Roboter wird „im allgemeinen Sprachgebrauch . . . eine automatische Ma­schine verstanden, die dem Aussehen des Menschen nachgebildet ist oder die Funktion des Menschen ganz oder teilweise übernimmt“ (Haun, 2013). Roboter finden in den ver­schiedensten Gebieten Anwendung, wodurch die diversen Definitionen je nach Einsatz­gebiet voneinander abweichen. Die in der Literatur am häufigsten verwendete Definition umschreibt Roboter „as a machine, situated in the world, that senses, thinks and acts“ (Lin & Abney & Jenkins, 2017).

Es gibt unterschiedliche Anwendungsbereiche und besondere Merkmale, die Roboter aufweisen können. Hierzu gehören zum Beispiel Industrieroboter, Spielzeug- und Mili- tärrobotoren (Haun, 2013). Der Fokus dieser wissenschaftlichen Arbeit liegt auf dem Schwerpunkt Medizinrobotik. Hierunter fallen vier verschiedene Kategorien von Robo­tern. Serviceroboter, humanoide Roboter, Medizin- und soziale Roboter finden im medi­zinischen Bereich Anwendung (Woopen & Jannes, 2019). Die vorliegende Hausarbeit bezieht lediglich Medizinroboter in die Analyse mit ein.

2.1 Roboter in der Medizin

Unter Medizinrobotern werden Roboter im medizinischen Sektor verstanden, die in Be­reichen der Operationen, Untersuchungen, Rehabilitationsmaßnahmen und dergleichen Anwendung finden. Die häufigste Anwendung der Robotik ist bei Operationen zu finden. Die anfänglichen Überlegungen zu Entwicklungen der Medizinrobotik liegen im amerika­nischen Militärwesen. Die Vision war, dass Soldaten in Kriegsgebieten aus der Distanz heraus von Operationsrobotern behandelt werden können (Hinck & Friemert, 2019).

Die medizinische Robotik hat sich in den letzten Jahrzehnten stark weiterentwickelt und findet vermehrt Anwendung in der Allgemeinchirurgie, der Radiologie, der Gynäkologie und der Orthopädie. Seitens des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) gab und gibt es viele Förderprojekte, die die Medizintechnologie in diesem Be­reich weiterentwickeln sollen. Roboter können neben Operationen auch für die Diag­nose, Therapie und die Verringerung von Beschwerden eingesetzt werden (Klauber & Geraedts & Friedrich & Wasem, 2019).

Insgesamt gibt es drei verschiedene Typen der medizinischen Robotersysteme. Hierzu gehören ferngesteuerte Roboter, welche vollständig vom Menschen gesteuert werden. Des Weiteren gibt es Hands-on-Roboter, z.B. das da-Vinci System - diese werden durch das ärztliche Fachpersonal gesteuert und bewegt, das jeweilige Instrument ist indes am Roboter befestigt. Hierbei kann der Arzt oder die Ärztin die Bewegung des Roboters begrenzt beeinflussen. Zu der dritten Roboterart gehören vollautomatische Roboter, die besonders in bildgebenden Verfahren Anwendung finden, bspw. in Röntgen- oder Ultra­schalluntersuchungen (Ipsen, 2017).

Ein Grund für die ständige Weiterentwicklung in der medizinischen Robotik ist neben dem Zugewinn an Behandlungsqualität und Effizienz im Gesundheitswesen auch der Personalmangel in Krankenhäusern (Osterloh, 2018). Durch Innovationen der Roboter­technologien könnten Roboter zur Behandlung, Diagnostik und Prävention eingesetzt werden, um das fehlende Fachpersonal im Medizinsektor auszugleichen. Laut Umfragen unter ärztlichem Fachpersonal wird die Robotik besonders in Operationssälen immer beliebter. Der aktuelle Marktführer ist der sogenannte Da-Vinci-Roboter aus Kalifornien (Franke, 2019).

2.2 Der Da-Vinci-Roboter

Beim Da-Vinci-Roboter handelt es sich um ein roboter-assistiertes chirurgisches Opera­tionssystem. Es wurde in den 80er Jahren von der Firma Intuitive Surgical in Zusam­menarbeit mit dem Standford Research Institute in Kalifornien gebaut. Das Chirurgie­system wurde nach Leonardo da Vinci benannt. Es wurde entwickelt, um minimalinva­sive Operationen im urologischen und gynäkologischen Bereich durchzuführen (Woo- pen & Jannes, 2019).

Das System besteht aus einer Steuerkonsole, an welcher der operierende Chirurg sitzt. Von hier aus kann der Operateur die vier Arme und den Videoturm des Da-Vinci-Robo- ters lenken (Sturm, 2020). Neben den Operationsinstrumenten ist im Videoturm eine hochauflösende Kamera mit 15-facher Vergrößerung und einem dreidimensionalen Bild vorhanden. Durch diese visuelle Unterstützung erhält der Chirurg ein 3D-Bild des ge­samten Operationsfeldes und kann so die Nerven und Gefäße deutlicher erkennen. Durch die Anzeige des Operationsgebietes wird eine höchst präzise Positionierung der Instrumente gewährleistet (Mönnich, 2012). Eigenständige Bewegungen kann der Ro­boter nicht ausüben; die Operationsinstrumente werden durch die Arme des Operateurs in Echtzeit gesteuert. Die Steuerung der Instrumente erfolgt über die Griffe, die die Hand­bewegung über eine wählbare Skalierung auf die Instrumente übertragen. Bei dieser Übertragung wird Zittern ausgeblendet. Zudem haben die Gelenke der Instrumente sie­ben Freiheitsgrade und sind der menschlichen Hand so überlegen. Um die 3D-Anzeige zu betrachten, liegt der Kopf des Operateurs zwischen beiden Seiten des Betrachtungs­Ports (Ebert, 2018). Mittels der exakten Ausrichtung der sichtbaren Instrumente wird die Hand-Augen-Koordination und das natürliche Gefühl beim Operateur erhalten. Zusätz­lich zur Steuerkonsole ist es auch möglich, die OP auf einem weiteren Bildschirm von der Assistenz beobachten zulassen. Eine weitere Assistenz kann die Instrumente an den Armen des Da-Vinci-Roboters wechseln. Zusammenfassend ermöglicht das Da-Vinci- System dem Chirurgen eine direkte Kontrolle über alle Bewegungen der jeweiligen In­strumente in Echtzeit sowie die Anwendung einer offenen Operationstechnik aus der Konsole heraus. Der Roboter übersetzt die offenen Operationstechniken in minimal in­vasive Operationsbewegungen (Sturm, 2020).

Bereits 2017 existierten weltweit 4271 Da-Vinci-Operationssysteme. Der größte Anteil ist in den USA installiert (Marxen, 2018).

3 Grenzen und Potentiale der Robotik in der Medizin

3.1 Potentiale und Vorteile der Medizinroboter

Ursächlich für den voranschreitenden Technisierungsprozess im Gesundheitswesen ist besonders der Fachkräftemangel, der demografische Wandel und die Verbesserung der Arbeitsbedingungen, bzw. Entlastung der Fachkräfte im Gesundheitswesen. Im folgen­den Unterkapitel werden sowohl die Vorteile des Einsatzes von Medizinrobotern am Bei­spiel des Da-Vinci-Roboters aufgezeigt, als auch Potentiale beschrieben.

Der am häufigsten thematisierte Nutzen des Operationssystems ist die Anwendung der Laparoskopie. Mittels des Einsatzes dieser minimalinvasiven Chirurgie werden die Schnittwunden deutlich kleiner, als bei händischen Operationen, wodurch auch der Blut­verlust der Patienten und Patientinnen geringer ausfällt (Jähne & Königstrainer & Schröder & Südkamp, 2016). Durch diese kleineren, äußerlichen Wunden wird auch der Heilungsprozess und damit verbundene Schmerzen für die Behandelten reduziert. Diese verkürzte Regeneration begünstigt zudem die Reduzierung der Krankenausaufenthalte. Die punktgenaue Arbeit des Roboters ermöglicht dem Krankenhaus mehr Zeit für andere Patienten (Franke, 2019). Ein weiterer Vorteil stellt die hohe Präzision des Da-Vinci- Systems dar. Die exakte Position wird in einem 3D-Raum angezeigt und sorgt für eine hohe Genauigkeit in der Ausführung der Bewegungen. Zudem werden ungewollte Be­wegungen der menschlichen Hand herausgefiltert, sodass die Sicherheit bei der OP durch die sogenannte „Zwangsführung“ gewährleistet wird (Desai, 2019). Bei rezeptiven Tätigkeiten kann keine Ermüdung eintreten, da Präzision und Kraft gleichzeitig aufge­bracht werden kann. Durch die angewinkelten Geräte und sieben Freiheitsgrade weist der Roboter deutlich komplexere Bewegungen mit höherer Genauigkeit auf, als es bei rein menschlichen Operateuren möglich wäre. Roboter haben kleinere und vielseitig ein­setzbare, bewegliche Teile, welche hilfreich bei Aufgaben mit größerer Genauigkeit sein können (Bendel, 2018). Zusammenfassend weißt der Roboter in den Bereichen Präzi­sion und Wundheilung gravierende Vorteile gegenüber einer ausschließlich menschlich ausgeführten Behandlung auf.

Die Arbeit mit dem Da-Vinci-Roboter fördert die Zusammenarbeit bei Operationen. Zum einen wird der Lerneffekt zwischen Assistenzärzten und auszubildenden Person ver­stärkt, da die OP-Ansicht durch den Beobachtungsroboter besser möglich ist (Kübler & Seibold, 2016). Dadurch, dass alle Beteiligten die Operation verfolgen, können weitere Schritte, wie z.B. die Vorbereitung von Instrumenten, besser antizipiert werden. Auch Hinweise können seitens aller Beteiligter und nicht mehr nur vom Assistenten gegeben werden (Thüroff, 2012).

Ein weiteres Potential, das die Roboterarbeit birgt, ist die Entlastung der Menschen. Menschliche Operateure haben den Nachteil, dass sie besonders bei langen Eingriffen zum Ermüden neigen und die Fehleranfälligkeit statistisch betrachtet von der Dauer ei­ner Belastung abhängig ist (Bendel, 2018). Nicht nur die ergonomische Arbeitsplatzge­staltung der Operateure, sondern auch ein Zugewinn an Sicherheit, z.B. durch die Kor­rektur von zitternden Bewegungen seitens des Da-Vinci-Roboters, sind eindeutige Vor­teile des Digitalisierungsvorschritts. Durch ihren Einsatz können ärztliche Fehler und Komplikationen, die aufgrund von Konzentrationsschwächen entstehen, vermieden wer­den (Thüroff, 2012).

Die Ergonomie durch die entspannte Körperhaltung während einer OP wird gefördert. Aufgrund der entspannten Sitz-, Kopf- und Armhaltung über mehrere Stunden entfällt die Gesundheitsbeeinträchtigung während der Tätigkeit. Nacken- und Rückenschmer­zen nach langen Operationen können so vorgebeugt werden (Franke, 2019). Das fördert die Attraktivität des Berufs und gleichzeitig können Fehlzeiten aufgrund von beruflich bedingten Beschwerden reduziert werden. Neben der entspannten Körperhaltung profi­tiert das ärztliche Fachpersonal auch von der 3D-Perspektive und der vergrößerten Dar­stellung für eine bessere Sicht bei den Operationen. Anhand der räumlichen und vergrö­ßerten Bildschirmdarstellung der Organe und Instrumente ergibt sich ein deutlicher Vor­teil für die Operateure (Fisch & Chun, 2017). Der Kraftaufwand, den die Operateure auf­wenden müssen, ist ebenfalls geringer mit dem Da-Vinci-System. Durch eine Skalierung der Bewegung kann mehr Kraft aufgewendet werden, als sie einem Menschen möglich wäre. Zudem ist es in Form des Indexings möglich, den Roboter zu fixieren, um während der Operation eine kurze Erholungspause einzulegen, oder Absprachen zu treffen (Desai, 2019).

Der Da-Vinci-Roboter sorgt in erster Linie nicht für eine Reduzierung der OP-Kosten oder die allgemeine Reduzierung der Gesundheitsausgaben in Deutschland. In der Ro­botik steckt jedoch das Potential, das vorhandene Wissen in sehr kurzer Zeit grenzüber­schreitend an den Ort der Behandlung und Entscheidung zu bringen und Teilbereiche in der Medizin präziser zu machen sowie gleichzeitig Arbeitsprozesse zu beschleunigen. Langfristig könnte sich hierbei also auch ein Potential für eine Kostenersparnis im Ge­sundheitswesen ergeben (Scheuer, 2020).

[...]