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Stefan Asche, Knochenjob für den Laser in:

VDI nachrichten, page 12 - 12

VDI nachrichten, Volume 74 (2020), Issue 30-31, ISSN: 0042-1758, ISSN online: 0042-1758, https://doi.org/10.51202/0042-1758-2020-30-31-12

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VDI Verlag, Düsseldorf
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12 TECHNIK & WIRTSCHAFT 24. Juli 2020 · Nr. 30/31 Von Stefan Asche W enn Knochen durchtrennt werden müssen, verwandelt sich jeder OP-Saal vorübergehend in eine Tischlerei. „Es kommen immer noch Sägen, Fräsen und Bohrer zum Einsatz – genau so, wie es seit Jahrzehnten in der Holzbearbeitung üblich ist“, erklärt Cyrill C. Bätscher. Der Geschäftsführer der Schweizer AOT AG will nun neue Wege gehen. Er setzt auf „Carlo“. Das ist eine chirurgische Roboterplattform, die Knochen mittels kalter Laserablation schneidet. Im Juni wurde die „First-in-Man-Studie“ abgeschlossen. Es wurden also verschiedene Schnitte am lebenden Menschen durchgeführt. Die Theorie der Laserablation ist simpel: Dort, wo der Strahl den Knochen trifft, kommt es unmittelbar zu einer Phasenveränderung: Der wässrige Inhalt des Skelettbestandteils wird explosionsartig zu Dampf – ein Schnitt entsteht. Das neue Verfahren bietet eine Reihe von Vorteilen. „Es ist uns beispielsweise möglich, funktionale Schnitte auszuführen, erklärt Bätscher. „Ein Beispiel sind Zinken/ Zapfen-Verbindungen. Sie sind in sich stabil und können Scherkräfte aufnehmen. Metallimplantate werden dadurch oftmals obsolet. Es genügen dann bioresorbierbare Platten und Schrauben – etwa aus Polymilchsäuren.“ Diese würden im Zeitablauf vom Metabolismus abgebaut. „Eine zweite Operation zur Implantatentfernung bliebe dem Patienten also erspart.“ Der Heilungsprozess schreitet laut Bätscher deutlich schneller voran als nach einer klassischen Operation. Hintergrund: „Die Schnittflächen bleiben offenporig. Blutleitgefäße werden also nicht durch Sägespäne verstopft. Außerdem kommt es nicht zu einer Verkohlung von Gewebe. Denn der Laser erzeugt – anders als eine Säge – kaum Reibungswärme.“ Ein weiterer Vorteil ist, dass der Laser während seiner Arbeit diagnostische Rückmeldungen gibt. „Wir können in Echtzeit erkennen, welche Art von Gewebe wir gerade schneiden. Es lässt sich beispielsweise unterscheiden, ob es gesund oder tumorös ist.“ Möglich macht das die Spektroskopie. Mit ihrer Hilfe werden die atomaren Bestandteile analysiert, die nach Aufsprengung der organischen Moleküle übrig bleiben. „Außerdem können wir durch den optischen Pfad des Lasers in den Schnitt schauen“, erklärt Bätscher. „Wir verfolgen live, was vor sich geht – gerade so, als würde man in den Bohrer oder das Sägeblatt gucken.“ Anders als ein mechanisches Werkzeug ist der Laser nicht träge. „Er kann in Lichtgeschwindigkeit stoppen“, unterstreicht Bätscher. „Das ist wichtig, falls sich der Patient während der Operation bewegt“, so der 50-Jährige. „Ein Chirurg könnte darauf vielleicht noch reagieren. Ein Roboter ohne jede Haptik kann das leider nicht.“ Die Konsequenzen könnten schlimmstenfalls tödlich sein. Weitere Vorteile von „Carlo“ im Vergleich zu Säge, Bohrer und Fräse: Ein Laser verbiegt nicht unter Last. „Ihm ist egal, ob er auf Stahl oder menschliches Gewebe trifft.“ Außerdem: Der Strahl ist grundsätzlich keimfrei. „Es gibt nichts sterileres als Licht“, weiß der Maschinenbauingenieur. Die OP-Vorbereitungen sind nach Angaben des Baselers recht unkompliziert. „Carlo ist intuitiv bedienbar. Im Display wird Schritt für Schritt angezeigt, was zu tun ist.“ Bei spontanen Einsätzen des Systems – etwa nach Unfällen – zeichnet der Chirurg zunächst mit einem digitalen Stift die Schnittlinie auf den freigelegten Knochen. Am Kopf des Stiftes sind vier Reflektoren angebracht. Ihre Bewegungen werden von einer Navigationskamera aufgezeichnet. Am Zielknochen sind ebenfalls Reflektoren befestigt. Das System erkennt also, wie sich der Stift im Raum in Relation zum Knochen bewegt – und berechnet daraus den Laserpfad. Alternativ können CT-Aufnahmen genutzt werden, um die Schnittführung präoperativ zu planen. Der berechnete Pfad wird dabei per USB- Stick an Carlo übergeben. Der Chirurg muss dann nur noch den Körper des Patienten mit den virtuellen Daten synchronisieren. Auf die Frage, wie Carlo zwischen Knochen und Weichteilen unterscheidet, gibt Bätscher eine überraschende Antwort: „gar nicht“. Trotzdem könnten zu tiefe Schnitte leicht vermieden werden. „Falls möglich, wird das Gewebe hinter dem Knochen mit einem Metallschild abgeschirmt“, so der Geschäftsführer. Wo die Knochenrückseite nicht zugänglich ist – etwa am Schädel – bedient sich Carlo einer anderen Technologie: der optischen Kohärenztomografie (OCT). Dabei kommt ein zusätzlicher Laser (neben dem eigentlichen Schneidlaser) zum Einsatz. Dessen Strahl wird zunächst zweigeteilt. Eine Hälfte wird auf den Knochen gelenkt, die andere Hälfte durchläuft eine Referenzstrecke. Das vom Knochen reflektierte Licht wird mit dem Referenzlicht in einem Interferometer überlagert und so zur Interferenz gebracht. Aus dem Interferenzsignal lassen sich dann verschiedene Strukturen entlang der optischen Achse, also der Tiefe, unterscheiden. Durch laterales Scannen über den Knochen entstehen dreidimensionale Bilder. „Wir können also vorher sehen, wie tief wir schießen müssen – bzw. dürfen“, so Bätscher. Aktuell schneidet der Laser Knochen mit max. 25 mm Dicke. Die Operationsdauer ist dabei ähnlich lang wie beim aktuellen Goldstandard: der Piezo-Chirurgie. „Aber wir entwickeln bereits neue Laser“, verheißt Bätscher. „Sie werden leistungsfähiger und schneller sein.“ Details zur Pulsfrequenz und zur Stärke des Strahls lässt er sich aber nicht entlocken. Für die Zukunft hat der CEO gro- ße Pläne. Seiner Ansicht nach könnte jede größere Klinik der Welt einen Carlo gebrauchen. Mit einem Preis von weniger als 1 Mio. € sei er au- ßerdem billiger als viele aktuelle Chirurgieroboter. Obendrein hat er eine technologische Vision: „Mittels der optischen Kohärenztomografie könnte sich Carlo schon bald selbst navigieren.“ Wellenförmige Schnitte oder Zinken/ Zapfen-Verbindungen erhöhen die postoperative Stabilität und verkürzen die Heilungsphase. Foto: AOT AG Knochenjob für den Laser Photonik: Eine chirurgische Roboterplattform zerteilt Skelettbestandteile lebender Menschen mittels kalter Laserablation. Den Patienten winkt eine deutlich schnellere Heilung. „Mittels optischer Kohärenztomografie könnte sich Carlo in Zukunft autonom durch den Körper navigieren.“ Cyrill C. Bätscher, CEO der AOT AG, Basel. Foto: AOT AG Reflektoren am Zielknochen halten den Laserstrahl stets auf Kurs – auch wenn sich der Patient während der OP bewegen sollte. Foto: AOT AG

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