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Robotik in der Medizin

Ein Beitrag von Squid 39 28.08.2014

Die enormen Fortschritte der Robotik in den letzten Jahren machen es möglich. Das McKinsey Global Institute rechnet damit, dass die Roboter- und Drohnenindustrie unseren Alltag in der Zukunft umkrempeln kann.
 
KUKA Aktiengesellschaft
 
 
Accuray Inc
 

Einer Studie des Instituts von Mai 2013 zufolge ("Disruptive Technologies: Advances that will transform Life, Business, and the global Economy") könnte der Einsatz fortgeschrittener Robotik ab dem Jahr 2025 Werte in Höhe von 1,7 bis 4,5 Billionen US-Dollar jährlich schaffen, davon 800 Milliarden bis 2,6 Billionen allein im Gesundheitssektor. Daneben werden Roboter natürlich auch künftig verstärkt in der Produktion und im Dienstleistungsbereich eingesetzt.

Definition:

„Ein Roboter ist ein automatisch gesteuerter frei programmierbarer Mehrzweckmanipulator, der in drei oder mehr Achsen programmierbar ist und (...) entweder an einem festen Ort oder beweglich angeordnet sein kann“ (ISO 8373:1996).

Ein Manipulator ist eine ... „Maschine, deren Mechanismus aus einer Folge von Komponenten besteht, durch Gelenke oder gegeneinander verschieblich verbunden, mit dem Zweck, Gegenstände (Werkstücke oder Werkzeuge) zu greifen und/oder zu bewegen, normalerweise mit mehreren Freiheitsgraden“.

Es handelt sich bei den Manipulatoren per definitionem nicht um Roboter. In der modernen Medizintechnik übernimmt der Roboter oder Manipulator die Aufgabe eines Assistenzsystems oder eines Hilfsmittels für die Durchführung des Eingriffs. Tatsächlich sind weltweit bereits über 500 Robotersysteme, zumeist Manipulatoren, im Einsatz.

 

Aktuell:

Die Charité - Universitätsmedizin Berlin - hat im Dezember 2013 den Operationssaal der nächsten Generation eingeweiht. Der Robotik-OP ist so konzipiert, dass ihn unterschiedliche Fachdisziplinen gleichermaßen nutzen können. Zunächst sind das die Neurochirurgie, die Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie sowie die Hals-, Nasen- und Ohrenheilkunde. Angewendet werden insbesondere Verfahren der bildgeführten und minimal-invasiven Chirurgie (MIC).

In der minimal-invasiven und der computerunterstützten Chirurgie arbeitet der Operateur unter Zuhilfenahme bildgebender Verfahren (Angiografiesystem). Ein OP-Tisch mit einer komplett durchleuchtungsfähigen Carbon-Tischplatte ermöglicht es, Röntgenaufnahme vorzunehmen, ganz gleich welche Körperregion des Patienten abgebildet werden muss ohne das dieser bewegt wird. Die Bilder werden sowohl über hochauflösende Displays an den Wänden als auch über Monitore direkt am OP-Tisch angezeigt. Ein zentrales Videomanagement-System dokumentiert, sichert und überträgt Bilder und Videos von der Operation. Dies ermöglicht wiederum den kommunikativen Austausch per Videokonferenz mit Medizinern vor Ort und weltweit (Telemedizin).

Entstanden ist der hochmoderne Operationssaal in enger Kooperation mit dem Technologiepartner Trumpf Medizin Systeme. Trumpf Medizin Systeme konzentriert sich auf innovative Systemlösungen für den Operations- und Intensivbereich. Das Produktportfolio umfasst Operationstische, Operationsleuchten, deckenhängende Arbeitsplatzsysteme, sowie Kamera-, Videomanagement- und Assistenzsysteme. Aktuell noch zum Trumpf Konzern gehörend wird die Tochtegesellschaft wohl von dem amerikanischen Medizintechnik-Hersteller Hill-Rom Holdings, Inc. (ISIN Hill-Rom Holdings Inc (US4314751029)) übernommen. Der Verkauf steht noch unter dem Vorbehalt der kartellrechtlichen Genehmigung - mit dem Vollzug des Verkaufs wird im dritten Quartal 2014 gerechnet.

 

Mit der Tochtergesellschaft KUKA Laboratories GmbH bietet auch die Augsburger KUKA AG (ISIN KUKA Aktiengesellschaft (DE0006204407)) Robotersysteme für die Medizin an. Die Kuka AG hat 2013 einen Roboter vorgestellt, der vor Lebewesen zurückweicht. Dieser Leichtbauroboter kann damit in direkter Nähe von Menschen eingesetzt werden und den Operateur z.B. bei dem Eingriff unterstützen. Nach eigenen Angaben ist er feinfühlig, tastet sich an Objekte heran, lässt sich vom Menschen sanft zur Seite schieben und weicht selbstständig vor ihnen zurück, wenn sie ihn berühren. Er ist extrem beweglich, lernt indem er sich führen lässt und ist umgekehrt in der Lage Menschen bei komplexen Bewegungsabläufen zu führen. Deshalb könnte der KUKA Leichtbauroboter (LBR Med) in einer für die Medizin weiterentwickelten Form zum Beispiel auch physiotherapeutische Aufgaben in der Rehabilitation übernehmen oder in der Chirurgie assistieren. Das Karlsruher Institut für Technologie KIT forscht z.B. mit Robotern von KUKA Laboratories, die beispielsweise bei der Laserosteotomie oder bei einer Palpation, also der Untersuchung durch Betasten, assistieren können. Ein großer Vorteil dieser Roboter ist die offene und modulare Systemarchitektur der Steuerung. Abhängig vom Eingriff, kann die Zahl der verwendeten Roboter variieren. Von zum Beispiel einem Arm beim robotergestützten Laserschneiden bis zu drei Armen im Falle eines minimal-invasiven Eingriffs. Hauptziel des Projektes ist es, ein innovatives und universelles Roboterassistenzsystem zu entwickeln, um Menschen bei anspruchsvollen Operationen zu unterstützen.

Gemeinsam mit dem Robotics Innovation Center "Neuroengineering and medical robotics Laboratory" des Politecnico di Milano und 14 weiteren hochkarätigen Partner aus sieben Ländern, entwickelt KUKA eine Multi-Roboter Plattform für den Einsatz in der Neurochirurgie. Leichte und bewegliche zweiarmige Roboter sollen künftig selbstständig oder in Kooperation mit dem OP-Personal komplexe chirurgische Eingriffe durchführen. Ein Schwerpunkt der Forschung liegt auf der Entwicklung KI-basierter Methoden zur Verbesserung der kognitiven Fähigkeiten des Systems. KUKA Roboter können also dank künstlicher Intelligenz „mit Verstand“ handeln. Insgesamt soll das Projekt die Qualität und Präzision chirurgischer Roboter verbessern.

2013 orderte Siemens Healthcare über einen Zeitraum von 3 Jahren bei KUKA 360 Medizinroboter des Typs KR 240 MED AX. Der Roboter ist dabei Teil eines medizinischen Angiografiesystems, einer Anlage zur Darstellung von Gefäßen mittels diagnostischer Bildgebungsverfahren. Dabei führt der Roboter eine Röntgen-C-Bogen-Einheit um den Patienten und ermöglicht somit eine wesentlich flexiblere Positionierung als bei konventionellen Angiografiegeräten.

Weitere Einsatzgebiete der von KUKA Laboratories entwickelter Systeme sind: Radiologie/Bildgebende Systeme - Strahlentherapie - Patientenpositionierung und die Forschung in der Rehabilitation, Minimal Invasiven Chirurgie und der Laser-Osteotomie.

 

Weitere Unternehmen:

Bereits seit 1998 wird mit dem „Da Vinci - Surgical - System“  von der Firma Intuitive Surgical Inc. (ISIN US46120E6023) in den USA operiert. Das eigens von Intuitive Surgical entwickelte Produkt wird sowohl bei Eingriffen im Thoraxbereich oder am Herzen als auch in der Urologie und Gynäkologie verwendet. Das System besteht aus einer Operationskonsole, einem hochauflösenden Bildschirmsystem mit 3D-Virtualisierung sowie patentierten Instrumenten. So bietet die Apparatur dem Benutzer die Möglichkeit, selbst schwierige Eingriffe und Operationen bei nur geringer Inzision noch präziser durchführen zu können. Bislang haben nach Angaben des US-amerikanischen Unternehmens mehr als 1,5 Millionen Patienten von den Medizinrobotern profitiert.

 

Accuray Inc. (ISIN Accuray Inc (US0043971052)) ist auf den Bereich Radio-Onkologie spezialisiert und bietet innovative Behandlungslösungen an. Das von Accuray Inc. entwickelte CyberKnife System  ist das weltweit einzige robotergestützte Radiochirurgiesystem für die nichtinvasive Behandlung von Tumoren an beliebigen Stellen des Körpers. Mit Hilfe von kontinuierlicher Bildführungs-Technologie und computergesteuerter Robotertechnik verfolgt das CyberKnife - System in Echtzeit während der gesamten Behandlung Tumor- und Patientenbewegungen, erkennt Positionsänderungen und korrigiert diese automatisch. Dadurch ist das System in der Lage, Patienten höchst präzise und hochdosierte Strahlung zu verabreichen, während gleichzeitig Schäden am umliegenden gesunden Gewebe minimiert werden. Invasive Kopf- oder Körper-Rahmensysteme sind dank dieser Behandlungsmethode nicht mehr notwendig.

 

Das in Israel gegründete Unternehmen Mazor Robotics Ltd. (ISIN IL0011068553) mit Niederlassungen in den USA und im westfälischen Münster konzentriert sich auf die Weiterentwicklung der Wirbelsäulenchirurgie mithilfe der Robotik. Kern der Produktpalette ist das Renaissance Guidance System. Die Renaissance-Technologie ist ein chirurgisches Lenksystem, das ursprünglich für den Einsatz in der Wirbelsäulenoperation entwickelt wurde. Es ist auch für andere Anwendungen, einschließlich Biopsien, Shunt-Platzierungen und Neurostimulation Elektrodenplatzierung für die tiefe Hirnstimulation (DBS) anwendbar. Renaissance ist das einzige auf dem Markt erhältliche hochpräzise Führungssystem für Wirbelsäulenoperationen.

 

Entwicklung:

Im Juni und  Juli 2014 wurden die weltweit ersten, robotergestützten Krebsoperationen mit dem Flex-System von Medrobotics durchgeführt. Darunter die Ablation von angiektatischen Stimmlippenpolypen und die Resektion von Lymphgewebe (Zungentonsille) am belgischen Universitätsklinikum Dinant Godinne und im zweiten Fall das erfolgreiche entfernten einer maligne Läsion bei einem Patienten und eine benigne Läsion bei einem anderen Patienten am Universitätsklinikum Essen. Das Flex-System wurde von Medrobotics Corporation entwickelt und hergestellt und ermöglicht chirurgische Eingriffe, bei denen herkömmliche Direktsichttechnologien entweder nicht einsetzbar oder nicht optimal sind. Mit dem System kann der Chirurg durch eine einzige Zugangsöffnung um anatomische Strukturen herum an schwer zugängliche Stellen navigieren und dort mithilfe des eingebauten HD-Sichtsystems eine Reihe von flexiblen chirurgischen Instrumenten präzise einsetzen. Die einzigartigen, mit einem „Handgelenk“ versehenen, 3 mm großen Flex-Instrumente versetzen den Chirurgen somit in die Lage, auf engem Raum zu operieren und seine Reichweite auf wichtige und in vielen Fällen schwer zugängliche Körperstellen auszudehnen.

Medrobotics Corporation ist ein im Privatbesitz befindliches Unternehmen mit Sitz in Raynham im US-Bundesstaat Massachusetts. Medrobotics konzentriert sich auf die Entwicklung und Vermarktung des Flex-Systems, eine robotikgestützte Plattform, die Chirurgen Einzelzugang und Einsichtnahme in schwer zugängliche Körperzonen ermöglicht.

 

Und zum Schluss:

Um die Weiterentwicklung in der Robotik voranzubringen, hat die Europäische Union jetzt ein neues Forschungs- und Investitionsprogramm gestartet. Wie auf der  im Juni in München gestarteten Messe Automatica bekannt wurde, investiert die Europäische Kommission dafür 700 Millionen Euro. Derzeit umfasse der globale Markt für Robotik 22 Milliarden Euro. Bis zum Jahr 2020 könnte er auf mehr als 60 Milliarden Euro anwachsen. Europa sei mit einem Marktanteil von 35 Prozent bereits jetzt Marktführer.

"Die Robotik-Revolution passiert genau jetzt. Wir sollten ihr nicht folgen, sondern sie anführen", betonte die Vizepräsidentin der EU-Kommission, Neelie Kroes. "Roboter kürzen nicht menschliche Arbeitskräfte aus der Gleichung heraus: Im Gegenteil, sie sind Partner für eine bessere Zukunft." Mit der SPARC genannten Förderinitiative könnten in Europa voraussichtlich mehr als 240 000 Arbeitsplätze geschaffen werden. Die Gesamtinvestitionen der europäischen Industrie könnten sich auf 2,1 Milliarden Euro belaufen.

Erstmals sind auf der Automatica Serviceroboter ein Themenschwerpunkt. Der Weltroboterverband IFR schätzt, dass zwischen 2013 und 2016 weltweit mindestens 95 000 solch professioneller Helfer mit einem Wert von etwa 12,3 Milliarden Euro verkauft werden. Die Branche geht von zweistelligen Wachstumsraten in den kommenden Jahren aus. Besonders groß sei die Nachfrage in den Bereichen Logistik, Medizin, Pflege, Landwirtschaft, Inspektion und Wartung. Dort stehe der professionelle Einsatz der Serviceroboter vor dem Durchbruch. Hohes Potenzial hätten auch Überwachungs- und Sicherheitsroboter in allen möglichen Bereichen.

 

Über Beiträge und Kommentare zu diesem Thema würde ich mich freuen.

 

 

 


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