#Chip Happens-Podcast: Staffel 3, Folge 4 | Im OP der Zukunft – neue Technik, neue Behandlungen
Große Probleme brauchen häufig ziemlich kleine Helfer. Der Podcast »Chip Happens – Kleine Dinge, die alles verändern« von Chipdesign Germany zeigt, wie Mikroelektronik und Chipdesign dabei helfen können, die drängenden Fragen unserer Zeit anzugehen – jederzeit nachvollziehbar und alltagsnah. Das Format richtet sich an alle, die verstehen wollen, wie Technik im Hintergrund wirkt und dennoch zentrale Weichen stellt. Kluge Köpfe aus der Branche sprechen hierfür mit Moderator Sven Oswald über ihre faszinierenden Geschichten, geben überraschende Einblicke und zeigen hautnah die vielen Möglichkeiten, die unser Fachbereich bietet. In der dritten Staffel »Mikroelektronik for Life« dreht sich alles um die Anwendung im Gesundheitsbereich. Von intelligenter Diagnostik über Wearables bis hin zu datengetriebener Medizin.
Staffel 3, Folge 3 | Rettungsdienst digital – alles vernetzt
In dieser vierten Podcast-Folge geht es um neue Technologien in der Medizin: vom digital vernetzten Operationssaal bis hin zu Mikrorobotern, die Medikamente gezielt durch den Körper transportieren sollen.
Moderator Sven Oswald spricht dazu mit:
- Prof. Philipp Rostalski (Fraunhofer-Einrichtung für Individualisierte Medizintechnik IMTE), der an der Digitalisierung und Robotik im OP der Zukunft forscht, sowie mit
- Dr. Fabian Landers (Multi-Scale Robotics Lab MSRL @ ETH Zürich), der an magnetisch steuerbaren Mikrokapseln für eine präzisere Medikamentenverabreichung arbeitet.
Worum geht es in der Folge?
Prof. Philipp Rostalski über die Chancen der Digitalisierung für den OP von morgen |
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Situation: |
Operationssäle gehören zu den technologisch anspruchsvollsten Bereichen eines Krankenhauses. Hier kommen täglich hochkomplexe Systeme zum Einsatz, deren Zusammenspiel maßgeblich über den Erfolg eines Eingriffs entscheidet. Der Digitalisierungsgrad deutscher OPs ist jedoch unterschiedlich ausgeprägt. Während einige Kliniken bereits stark vernetzte Infrastrukturen nutzen, arbeiten andere noch mit weitgehend isolierten Einzelsystemen. Dabei bietet die Digitalisierung erhebliche Potenziale; sowohl zur Steigerung der Effizienz als auch zur Verbesserung von Versorgungsqualität und Ressourcennutzung. Ein zentrales Ziel im Klinikbetrieb ist die optimale Auslastung der OP-Kapazitäten. Digitale Planungssysteme, strukturierte Datenflüsse und vernetzte Geräte können Abläufe transparenter gestalten, Prozesse beschleunigen und Personal gezielter einsetzen. Vor dem Hintergrund des Fachkräftemangels gewinnt diese Optimierung zusätzlich an Bedeutung. |
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Problemstellung: |
Trotz technischer Fortschritte sind zentrale Bereiche im OP noch nicht vollständig digital integriert. Laut Prof. Philipp Rostalski, Direktor des Fraunhofer IMTE, betrifft dies unter anderem die OP-Planung, die strukturierte Bereitstellung von Informationen für Patientinnen und Patienten sowie die Interoperabilität der eingesetzten Geräte. In vielen Operationssälen arbeiten Systeme unterschiedlicher Hersteller nebeneinander, ohne umfassend miteinander zu kommunizieren. Diese fehlende Interoperabilität erschwert durchgängige digitale Prozesse und verhindert, dass vorhandene Daten effizient genutzt werden können. |
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Lösungsansätze / Innovationspotenziale: |
Ein zentraler Ansatz zur Verbesserung der Gerätevernetzung ist die sogenannte Service-oriented Device Connectivity (SDC). Diese basiert auf internationalen Normen und ermöglicht eine standardisierte, sichere und herstellerübergreifende Kommunikation zwischen Medizingeräten. Ziel ist es, unterschiedliche Komponenten flexibel miteinander zu verbinden, statt sie als geschlossene Insellösungen zu betreiben. So können Systeme interoperabel zusammenarbeiten und zentral gesteuert werden. Ein Beispiel ist die robotergestützte Chirurgie. Hier müssen viele Aspekte zusammenwirken. Zunächst gilt es, ein endoskopisches Bild an eine Steuerkonsole zu übertragen, über die der Operateur die Roboterarme präzise führt. Roboterassistenzsysteme können dabei die motorischen Möglichkeiten des Chirurgen durch zusätzliche Freiheitsgrade und eine tremorfreie Bewegungsübertragung. Studien zeigen, dass robotergestützte Eingriffe in bestimmten Verfahren mit geringeren Blutverlusten und weniger invasiven Zugängen verbunden sein können. Moderne OP-Roboter verfügen über mehrere Arme, die unterschiedliche Instrumente gleichzeitig führen können. Dadurch lassen sich sehr komplexe Bewegungsabläufe ausführen und schwer zugängliche anatomische Bereiche präziser erreichen. Darüber hinaus wird konkret erforscht, inwieweit einzelne standardisierte Teilschritte – etwa das Setzen von Nähten – teilautomatisiert unterstützt werden können. Im Forschungs-OP des Fraunhofer IMTE können neue Technologien unter realitätsnahen Bedingungen getestet werden. Dazu gehören unter anderem Virtual-Reality-Anwendungen, Sprachsteuerungssysteme oder KI-basierte Assistenzlösungen. Ziel ist es, innovative Konzepte frühzeitig zu evaluieren, bevor sie in die klinische Praxis überführt werden. |
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Weiterer Forschungs-/Entwicklungsbedarf: |
Der OP-Betrieb ist derzeit stark personalintensiv – sowohl bei der Vorbereitung als auch während des Eingriffs. Eine langfristige Vision in der Chirurgie ist die sogenannte »One-Surgeon-Surgery«, bei der ein Eingriff weitgehend durch einen einzelnen Chirurgen durchgeführt wird, unterstützt durch intelligente Assistenzsysteme. Auch wenn dieses Szenario noch Zukunftsmusik ist, werden bereits erste Ansätze erforscht; etwa robotische Assistenzsysteme, die Instrumente selbstständig anreichen oder vorbereiten. Solche Systeme könnten perspektivisch dazu beitragen, Personalressourcen effizienter einzusetzen. Ein weiterer möglicher Entwicklungspfad liegt im Bereich der Telemedizin. Fortschritte in der Kommunikationstechnologie – etwa im Rahmen geringer werdender Latenzen durch echte 5G-Netze – eröffnen neue Möglichkeiten für die räumlich getrennte Durchführung oder Begleitung chirurgischer Eingriffe. Insbesondere für ländliche Regionen könnten dadurch spezialisierte Expertinnen und Experten eingebunden werden. Gleichzeitig bleiben regulatorische, haftungsrechtliche und sicherheitstechnische Fragen zentrale Herausforderungen, die parallel zur technologischen Entwicklung geklärt werden müssen. |
Dr. Fabian Landers über Mikroroboter zur hochpräzisen Medikamentenabgabe im Körper |
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Situation: |
Die gezielte Verabreichung von Medikamenten gehört zu den zentralen Herausforderungen der modernen Medizin. In der klinischen Praxis gelangen Wirkstoffe in der Regel oral oder über Injektionen in den Blutkreislauf und werden von dort im gesamten Körper verteilt. Dr. Fabian Landers von der ETH Zürich beschäftigt sich in seiner translational ausgerichteten Postdoc-Forschung mit Lösungen, die den Weg von der Laboridee zur klinischen Anwendung besonders kurz halten sollen. Sein Fokus liegt darauf, direkt im menschlichen Körper nachzuvollziehen, wie Medikamente transportiert werden und wie sich dieser Prozess präziser steuern lässt. |
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Problemstellung: |
Die herkömmliche Verteilung von Medikamenten über den Blutkreislauf ist wirksam, oft jedoch ungenau. Wirkstoffe erreichen nicht ausschließlich die erkrankte Stelle, sondern verteilen sich im gesamten Organismus. Unter anderem bei Chemotherapien zeigt sich diese Problematik deutlich: Nur ein vergleichsweise geringer Anteil des Medikaments erreicht tatsächlich das Tumorgewebe. Der übrige Wirkstoff belastet den Körper ungewollt und ist für einen erheblichen Teil der Nebenwirkungen verantwortlich. Das zentrale medizinische Ziel besteht daher darin, Wirkstoffe möglichst gezielt an den Ort ihres Bedarfs zu bringen. Die Konzentration des Wirkstoffs muss also lokal erhöht werden, um weitere systemische Belastungen zu reduzieren. |
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Lösungsansätze / Innovationspotenziale |
Um dieses Ziel zu erreichen, arbeitet Dr. Landers an einem innovativen System zur gezielten Medikamentenabgabe. Wie genau funktioniert die in Entwicklung befindliche Lösung? Der sogenannte Mikroroboter hat die Größe eines Pfefferkorns und besteht aus modifizierter Gelatine. In seine Struktur sind magnetische Nanopartikel eingebettet, die eine Steuerung von außen ermöglichen. Neben einem Kontrastmittel zur Positionsbestimmung kann das gewünschte Medikament (flexibel) direkt in die Kapsel geladen werden. Über externe Magnetfelder wird die Kapsel präzise durch das Gefäßsystem navigiert. Die enthaltenen Nanopartikel besitzen zudem den Vorteil, dass sie sich im Körper auflösen können und somit keinen potenziellen Schaden anrichten können. In ersten experimentellen Untersuchungen wurden sowohl Schlaganfall-Medikamente als auch Chemotherapeutika getestet. Das System zeigt dabei eine hohe Flexibilität hinsichtlich unterschiedlicher Wirkstoffe. Ein wesentlicher Bestandteil der Technologie ist die Steuerung: Mithilfe eines Standard-Röntgensystems lässt sich die Position der Kapsel im Körper verfolgen. Magnetfelder übernehmen anschließend die gezielte Navigation. Funktional entspricht die Kapsel damit dem Arm eines Roboters, während Steuerung erfolgt vollständig von außen erfolgt. |
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Weiterer Forschungs-/Entwicklungsbedarf
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Ein zentraler Aspekt der Entwicklung ist die Zulassungsfähigkeit. Von Beginn an wurde darauf geachtet, Materialien einzusetzen, die bereits von Regulierungsbehörden wie der FDA zugelassen sind. Zudem verfügt die Kapsel über einen integrierten Sicherheitsmechanismus: Im Falle eines Kontrollverlusts oder technischer Störungen kann sie sich selbstständig auflösen, um Risiken zu minimieren. Eine der größten technischen Herausforderungen bleibt weiterhin die präzise Navigation im Blutstrom. Blut fließt mit Geschwindigkeiten von bis zu einem Meter pro Sekunde und bewegt sich in einem komplexen, dreidimensionales Umfeld, das hohe Anforderungen an Steuerung und Simulation stellt. Vor dem Eingriff werden deshalb Gefäße mittels CT-Bildgebung erfasst, der Blutfluss analysiert und anschließend simuliert. Auf dieser Basis entsteht eine automatisierte Navigationsstrategie. Diese Im Körper selbst bleibt das System aus Sicherheitsgründen vergleichsweise einfach aufgebaut; die technologische Komplexität liegt primär außerhalb des Patienten. Ein denkbares Anwendungsfeld ist die gezielte Medikamentengabe bei Schlaganfällen, um hohe systemische Dosierungen zu vermeiden und in Notfallsituationen keine unnötige weitere Belastung zu generieren. Bis zur klinischen Anwendung sind selbstverständliche noch weitere Schritte erforderlich. Regulatorische Verfahren, Sicherheitsnachweise und klinische Studien bestimmen den Zeitrahmen. Erste Tests am Menschen werden in einem Zeitraum von drei bis fünf Jahren angestrebt – es besteht Hoffnung auf einen konkreten Einsatz in der Behandlung in etwa 10 Jahren. |
Neue Technologien für den OP können die Medizinversorgung von morgen revolutionieren
Die vierte Folge der Staffel macht deutlich, wie sich Robotik im OP weiterentwickelt: Durch stärker vernetzte Operationssäle und Assistenzsysteme, die Chirurginnen und Chirurgen bei Eingriffen eng unterstützen, aber auch durch ganz neue Ansätze aus der Robotik. Der Mikroroboter ist dabei ein Beispiel dafür, wie sich das Prinzip robotischer Präzision vom OP-Tisch bis in den Körper hinein weiterdenken lässt – mit dem Ziel, Eingriffe und Therapien genauer, schonender und effizienter zu machen.
Hier geht es zur vierten Folge der dritten Staffel – (Spotify)
In der nächsten Folge widmet sich der Podcast nun der Frage, was der digitale Patient der Zukunft für Erleichterungen im Leben bekommen kann!
