Chirurgen bekommen mit Roboter-Fingerkuppen Tastsinn zurück
Forschende entwickeln robotische „Fingerkuppen“, die Chirurgen bei minimalinvasiven und robotergestützten Eingriffen ihren Tastsinn zurückgeben könnten.
Die moderne Chirurgie ist von langen Schnitten zu winzigen, von Robotern und KI geführten Schnitten übergegangen. Dabei haben die Chirurgen jedoch etwas Wesentliches verloren: die Möglichkeit, Organe und Gewebe direkt zu ertasten. Ohne dieses Ertasten ist es viel schwieriger, während einer Operation Anomalien im Gewebe festzustellen.
Eine Gruppe von Chirurgen und Ingenieuren aus ganz Europa versucht nun, diesen wichtigen Aspekt der Chirurgie wiederherzustellen. Im Rahmen der von der EU finanzierten Forschungskooperation PALPABLE entwickelt das Team eine weiche robotische „Fingerkuppe“, die bei minimalinvasiven und roboterassistierten Eingriffen erkennen kann, wie fest oder weich das Gewebe ist. Die Forschungsarbeiten laufen bis Ende 2026, und ein erster Prototyp soll im März 2026 von Chirurgen getestet werden.
Durch die Kombination von optischer Sensorik, Softrobotik und KI entwickelt das Team eine Sonde, die das Ertasten und Erfühlen mit einem menschlichen Finger während eines chirurgischen Eingriffs nachahmt. Die Sonde würde die Organe sanft abtasten und eine visuelle Karte der Gewebefestigkeit erstellen, die auf einem Bildschirm angezeigt würde, um die Chirurgen bei dem Eingriff zu unterstützen.
Verlust der chirurgischen Hand
Für viele Chirurgen ist der Verlust der Fähigkeit, Gewebe oder Organe direkt zu ertasten, einer der stillen Kompromisse der modernen Chirurgie. „Wir haben vor 30 Jahren mit offenen Operationen begonnen und dabei unsere Finger benutzt“, erklärt Professor Alberto Arezzo von der Universität Turin, Italien. Er ist auf minimalinvasive und roboterassistierte Chirurgie spezialisiert und behandelt hauptsächlich Darmkrebspatienten. „Dann kam die Ära der Schlüssellochchirurgie, durch die das taktile Feedback weggefallen ist, weil wir begonnen haben, lange Instrumente zu verwenden“, sagt er.
Ab den 1990er-Jahren kam immer häufiger die Schlüssellochchirurgie zum Einsatz – die Operateure konnten kleinere Schnitte machen, weil sie mit einer Kamera arbeiteten. Für die Patienten bedeutete dies weniger Traumata, kürzere Krankenhausaufenthalte und eine schnellere Genesung. Dadurch ging jedoch die Fähigkeit des direkten Ertastens verloren. Dies ist jedoch wichtig, denn Tumore fühlen sich oft anders an als gesundes Gewebe – fester, weniger geschmeidig oder unregelmäßig – wichtige Unterschiede, die erfahrene Hände erkennen können.
Tumorränder erkennen
Bei Krebsoperationen bewegen sich die Chirurgen auf einem schmalen Grat: Wird zu viel Gewebe entfernt, wird die Funktion beeinträchtigt, wird zu wenig entfernt und bleibt Tumorgewebe zurück, kann sich der Krebs wieder ausbreiten, was eine erneute Operation erforderlich macht.
„Das wollen wir nicht. Wir wollen alles in einem Aufwasch erledigen“, erklärt Dr. Gadi Marom vom Hadassah Medical Centre in Jerusalem, einer der an der Forschung beteiligten Klinikärzte, der auf minimalinvasive und roboterassistierte chirurgische Eingriffe bei Patienten mit Magen- und Speiseröhrenerkrankungen spezialisiert ist.
Hier könnte die Sensorentechnologie helfen. Indem die von der Sonde gelieferten Informationen in visuelle Daten übersetzt werden, z. B. in eine Karte, in der in verschiedenen Farben weichere und festere Bereiche dargestellt werden, könnten Chirurgen in gewisser Weise ihren Tastsinn wiedererlangen. „Wir möchten mit einem neuen Instrument in der Lage sein, die Tumorränder zu bestimmen“, so Dr. Marom.
Fühlen mit Licht
Um dies zu erreichen, setzen die Ingenieure im Team auf Licht. Die von ihnen entwickelte Sonde enthält Glasfaserkabel, die in eine weiche, flexible Spitze eingebettet sind. Bei Druck auf das Gewebe verformt sich die Spitze und das durch die Fasern laufende Licht verändert sich.
„Eine Silikonkuppel drückt gegen weiches Gewebe und ermöglicht es uns, sowohl die Richtung als auch die Stärke der einwirkenden Kraft zu erfassen“, erklärt Dr. Georgios Violakis von der Hellenic Mediterranean University in Heraklion, Kreta.
Diese winzigen Veränderungen der Lichtintensität und Wellenlänge werden dann in Informationen über die Gewebefestigkeit umgewandelt. Im Labor hat das Team in Zusammenarbeit mit Partnern bereits frühe Versionen der weichen Membran und der lichtbasierten Sensoren entwickelt und kalibriert.
Die Queen Mary University of London (Vereinigtes Königreich) hilft bei der Entwicklung und Verfeinerung der Membranen, das Fraunhofer-Institut (Deutschland) entwickelt die funktionalen Folien, während Bendabl (Griechenland), Tech Hive Labs (Griechenland) und die University of Essex (Vereinigtes Königreich) die Software weiterentwickeln, die für die Visualisierung der Gewebesteifigkeit und taktiler Karten erforderlich ist.
Der Prototyp wird in Labortests validiert, bevor er bei Patienten eingesetzt wird. Die Glasfaserkabel sind jeweils etwa so breit wie ein menschliches Haar. Eine ähnliche Sensortechnologie wird schon lange eingesetzt, um kleine Bewegungen in großen Strukturen wie Flugzeugen, Hochhäusern und Kernreaktoren zu erkennen. Hier wird sie in viel kleinerem Maßstab eingesetzt, um feine Unterschiede im menschlichen Gewebe zu erkennen.
„Für das Ertasten der Organe bei einem anästhesierten Patienten muss das Gerät sowohl hochpräzise als auch hochauflösend sein“, erklärt Professor Panagiotis Polygerinos, der auf dem Gebiet der Softrobotik an der Hellenic Mediterranean University forscht. „So etwas wäre vielleicht schon früher möglich gewesen, aber die Technologie wäre viel teurer und weniger präzise gewesen, sodass sie für den klinischen Einsatz nicht praktikabel gewesen wäre.“
Roboter mit Tastempfinden
Da die Chirurgie zunehmend robotergestützt ist, wird der Wegfall von taktilem Feedback immer problematischer – und die Wiederherstellung des Tastsinns immer wichtiger.
„Wenn ich mit einem Roboter arbeite, habe ich eine 3D-Sicht, das ist ein großer Vorteil“, sagt Dr. Marom. „Und ich muss nicht die ganze Operation über stehen.“ Das ist gerade bei länger dauernden Eingriffen wie der Entfernung der Speiseröhre eines Patienten, was bis zu acht Stunden dauern kann, ein wesentlicher Aspekt.
Die Roboterchirurgie eröffnet zudem neue Möglichkeiten. Dr. Marom hofft, dass es Chirurgen in Zukunft möglich sein wird, in sorgfältig ausgewählten Fällen kleine Tumore in der Speiseröhre zu entfernen, ohne das ganze Organ entfernen zu müssen.
Aber es gibt einen Haken:
„Bei der roboterassistierten Chirurgie fehlt weitgehend das taktile Feedback“, sagt Professor Arezzo. „Daher ist diese Arbeit so wichtig.“ Beide Chirurgen glauben, dass die Robotik verstärkt Einzug in die Operationssäle halten wird, allerdings nur, wenn die Chirurgen bessere sensorische Informationen erhalten.
„Früher oder später wird die überwiegende Mehrheit der Operationen roboterassistiert durchgeführt, davon bin ich überzeugt“, so Professor Arezzo. Für Dr. Marom ist die enge Zusammenarbeit mit den Ingenieuren sehr wichtig. „Ich habe viel mit Softrobotik und vielen neuen Technologien zu tun“, sagt er. „Ich sehe, was bei der Entwicklung neuer Instrumente alles möglich ist.“ „Schlussendlich werden wir in der Lage sein, unsere Patienten besser zu versorgen“, fügt er hinzu.
Von Anthony King
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Dieser Artikel wurde erstmals in Horizon, dem EU-Magazin für Forschung und Innovation, veröffentlicht.