Wachstumspotenzial Medizintechnik

Wachstumspotenzial Medizintechnik

Medizintechnik: Markt mit Potenzial

Roboter im Dienst des Menschen

Schon heute unterstützen Roboter dabei, Diagnosen zu stellen, Behandlungen zu planen und durchzuführen. Künftig könnten mechatronische Assistenten auch dazu beitragen, die Autarkie und Lebensqualität von Patienten und hilfsbedürftigen Menschen zu verbessern. Ein Gespräch mit Chief Technology Officer Bernd Liepert und Dr. Ralf Koeppe, Leiter Forschung und Entwicklung der KUKA Laboratories − über Zukunftsvisionen, bewährte Verfahren, steigende Ansprüche an medizinisch-technische Standards, demografische Impulse für einen Wachstumsmarkt und Verantwortung gegenüber dem Menschen.

Roboter ziehen in Krankenhäuser und Altenheime ein, sollen Chirurgen und Pflegepersonal ersetzen. Medien sprechen von „Halbgöttern aus Stahl“ – wie weit ist diese Vorstellung von der Realität entfernt?

Bild: Dr.Koeppe und Hr. Liepert
Links Bernd Liepert, Chief Technology Officer KUKA Group (CTO) und rechts Dr. Ralf Koeppe, Leiter Forschung und Entwicklung KUKA Laboratories

Dr. Koeppe: Die Robotik wird von den Menschen oft überzeichnet gesehen. Ein Roboter, in welcher Form auch immer ist eine Maschine, die dem Menschen bei der Arbeit unterstützen kann. Dies trifft besonders auch auf den Bereich Health Care zu. Die Verantwortung für den gegenseitigen, vertrauensvollen Umgang bleibt bei den beteiligten Menschen.
Die Robotik dient dem Menschen in der Medizintechnik als Augemtierungssystem oder in anderen Worten als unterstützendes System, das die sensorische Wahrnehmung und die Ausübung von präzisen Bewegungen wesentlich verstärkt. Dies gilt für die Robotik in der medizinschen Diagnose und Strahlentherapie, bei der chiurgischen Assistenzrobotik und in Anwendungen der Rehabilitätion und der Pflege.

Liepert: Noch steckt die Medizinrobotik in den Kinderschuhen, das Marktpotenzial ist viel versprechend. Mit einer Reihe von Pionierleistungen, für die KUKA in den vergangenen Jahren mehr als 30 gewerbliche Schutzrechte angemeldet hat, haben wir uns in diesem hoch profitablen Segment gut positioniert. Unsere bisherige Bilanz: Mehr als 500 verkaufte und installierte Systeme seit 2004, davon 130 im Jahr 2010. Bei KUKA Labs arbeiten wir zusammen mit Forschungs- und Systempartnern an weiteren Innovationen und wertschöpfenden Anwendungen.

Diese Zahlen lassen vermuten, dass es sich um maßgeschneiderte Speziallösungen handelt.
Bitte nennen Sie einige konkrete Beispiele.

Dr. Koeppe: KUKA hat die Roboter-Grundlagentechnologie für den weltweit ersten Angiographie-Roboter entwickelt und gemeinsam mit unserem Partner Siemens Maßstäbe in der universellen Röntgenbildgebung gesetzt. Die Technologie ist in das 2008 auf den Markt gekommene System Artis zeego von Siemens integriert, das z.B. Blutgefäße sichtbar macht. Der Roboter mit sechs Rotationsachsen ermöglicht dem Arzt, den so genannten C-Bogen − ein c-förmiges Röntgengerät − flexibel und nahezu beliebig um den Patienten herum zu positionieren. Es liefert Aufnahmen in einer Qualität, die sonst nur Computertomographen erreichen, noch dazu wesentlich schneller. Die Robotertechnik des Artis zeego ermöglicht dem Arzt, den C-Bogen beinahe beliebig um den Patienten herum zu positionieren. Damit kann die Angiographie während der Operation eingesetzt werden ohne den Patienten zu bewegen. Ein Operateur erhält quasi in Echtzeit eine dreidimesionale Karte über die Lage der Gefäße, der eingesetzten Instrumente oder zum Beispiel der einzusetzenden Stent Implantate während eines gefäßchirurgischen Eingriffs.

Liepert: In der Krebstherapie hat sich seit 2001 das CyberKnife von Accuray bewährt – das weltweit erste robotergesteuerte Radiochirurgiesystem. Anstelle eines Skalpells kommt ein hochenergetischer Röntgenstrahl zum Einsatz, der von einem Roboterarm um den Patienten herum geführt wird. Er ist in der Lage, Tumorzellen punktgenau zu zerstören, und das umliegende gesunde Gewebe zu schonen– und zwar unabhängig davon, an welcher Stelle im Körper sich der Tumor befindet. Der Patient liegt dabei frei auf dem Behandlungstisch. Ein digitales Bildgebungssystem fokussiert die Position des Tumors und meldet Bewegungen – etwa durch die Atmung des Patienten – an den Roboter, der diese ausgleicht. Das führt zu einer außergewöhnlich hohen Präzision im Sub-Millimeter-Bereich. Eine Operation mit stationärem Aufenthalt ist nicht notwendig.

Für Schlagzeilen sorgte auch das Patientenpositionierungssystem am Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum, das Ende 2009 am Universitätsklinikum Heidelberg in Betrieb ging.

Dr. Koeppe: Ein prestigeträchtiges Projekt, bei dem KUKA Roboter eine wesentliche Komponente darstellen. Rund 1.300 Tumorpatienten werden dort pro Jahr mit Partikelstrahlen behandelt – eine Therapie, die zum Teil Heilungsraten von bis zu 90 Prozent aufweist. Das gemeinsam mit Siemens entwickelte System zur Positionierung von Tumorpatienten setzt einen neuen Standard. Ein bodenmontierter Roboter bringt den Patienten auf der Behandlungsliege, dem Roboter -Patienten -Positionierer, im Submilimeterbereich in die optimale Position zur Bestrahlungsquelle. Zusätzlich führt ein an der Decke verankerter Roboter einen C-Bogen um den Patienten, der unmittelbar vor der Bestrahlung Röntgenaufnahmen vom Zielgewebe anfertigt. Anhand der Bilder vergleicht die System-Steuerung die Position des Tumors mit den Ergebnissen der vorangegangenen Behandlungsplanung und der aktuellen Stellung zur Bestrahlungsquelle. Dabei korrigiert der Roboter-Patienten -Positionierer die Lage bei Abweichungen gegebenenfalls in Zehntel-Millimeter-Schritten.

All diese Anwendungen basieren auf modifizierten Industrierobotern der bisherigen Generation. Mensch und Maschine treffen dabei direkt aufeinander, in Heidelberg sind sogar zusammenarbeitende Roboter im Spiel, was das Ganze noch komplexer macht. Wie sorgen Sie für Sicherheit?

Dr. Koeppe: Ein wichtiger Punkt. Unsere KUKA Sicherheitstechnik lässt den Roboter vorgegebene Raumgrenzen selbstständig überwachen und löst im Notfall in Bruchteilen von Sekunden einen Befehl aus, der das System stoppt. Zudem verhindert eine in Echtzeit gerechnete Geometrieanalyse in der Robotersteuerung, dass die beiden zusammenarbeitenden Maschinen kollidieren.

Flexible Röntgen- C-Bogen Positionierung in der interventionellen Radiologie

Der Leichtbauroboter zeichnet sich durch eine besonders ausgeprägte Sensorik aus – eine Eigenschaft, die in der Medizintechnik gefragt sein müsste.

Liepert: Stimmt. Die Interaktion zwischen Mensch und Maschine und damit das Zusammenwachsen von Technologien wie Sensorik, Visualisierung und nicht zuletzt der Einsatz neuer Werkstoffe werden die Zukunft der Robotik bestimmen. Für die Medizinrobotik gilt das ganz besonders. Der Leichtbauroboter wurde dafür konzipiert, näher an den Menschen heranzurücken. Er ist feinfühlig, tastet sich an Objekte heran, lässt sich vom Menschen sanft beiseite schieben, 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, den Menschen bei komplexen Bewegungsabläufen zu führen. Deshalb könnte er zum Beispiel physiotherapeutische Aufgaben in der Rehabilitation übernehmen – eine Anwendung, die wir gemeinsam mit der RWTH Aachen und dem Universitätsklinikum Aachen erforschen.

Wo liegen die größten Hürden auf dem Weg vom Forschungsprojekt zum marktreifen Produkt?

Liepert: Bei der Medizintechnik handelt es sich um die Champions League der Automation. Die Einstiegsvoraussetzungen sind enorm hoch, kaum eine andere Branche stellt so hohe Ansprüche an Qualität, Zuverlässigkeit, Genauigkeit und Sicherheit. Hier darf es keine Kompromisse geben – und das völlig zu Recht: Schließlich hängen Gesundheit und Leben davon ab. Aus der Lebensmittel- und Pharmaindustrie ist KUKA mit höchsten Hygienestandards bestens vertraut. Außerdem sind wir der einzige Hersteller weltweit mit einer kompletten Linie von Reinraumrobotern. Wer die Anforderungen der Automobilindustrie an Qualitätsmanagement kennt, weiß, dass wir auch hier bestens aufgestellt sind. Um die langwierigen und aufwändigen Zulassungsverfahren unserer medizintechnischen Lösungen zu beschleunigen, streben wir für 2011 die Zertifizierung nach dem Branchenstandard ISO 13485 an.

Dr. Koeppe: Für eine erfolgreiche Verbreitung der robotergestützen Medizintechnik in der Chirurgie ist es notwendig die Robotertechnik transparent für den Chirurgen zu gestalten. Der Roboter muss hinsichtlich Funktion und Sicherheit perfekt in das OP Szenario als Mitglied des OP Teams integriert werden. Hier sind wir gefordert und müssen die Chirurgen durch den praktischen Nachweis überzeugen. Eine spannende Aufgabe wenn man bedenkt, dass der Chirurg der den Roboter steuert damit eine zitterfreie, hochpräzise Hand und ein mikroskopisch, scharf sehendes Auge bekommt und selbst lange Operationszeiten konzentriert arbeiten kann. Neue Operationsverfahren der minimal-invasiven, schonenden Chirurgie, die nur sehr kleine Schnitte im Körper erfordern, können unter den bereits erwähnten Voraussetzungen durch die Robotik wesentlich vereinfacht oder auch erst möglich werden. Statt der händischen Führung, steuert der Chirurg seine Instrumente mit Hilfe der Roboter. Die dazu notwendigen Technikkomponenten der Feinfühligkeit und Telepräsenz entwickeln wir in Zusammenarbeit mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR).

Worin liegt denn der größte Nutzen aus Ihrer Sicht?

Liepert: Mit wachsendem Wohlstand steigen nicht nur die Ansprüche an medizinisch-technische Standards, sondern auch die Demografie stellt uns vor Herausforderungen. Menschen leben immer länger und weil immer weniger geboren werden, werden auf absehbare Zeit Fachkräfte für die Pflege älterer Generationen fehlen. Roboter wären ein Weg, um dieses Problem zumindest teilweise zu lösen.

Zurück zur – modifizierten – Ausgangsfrage: Werden Roboter irgendwann in Krankenhäusern, Pflegeheimen und Privathaushalten zum Alltag gehören?

Liepert: Ja, weil intelligente Roboter Leben retten und uns in vielerlei Hinsicht unterstützen und entlasten können. Kombiniert mit mobilen Plattformen wie dem Omnirob markiert der Leichtbauroboter einen Meilenstein auf dem Weg zur Servicerobotik. Schon heute arbeiten wir an Anwendungen wie Hol- und Bringdiensten. Bis der Roboter als Haushaltshilfe oder Pflegekraft taugt, wird noch einige Zeit vergehen. KUKA hat die besten Voraussetzungen dafür, die technischen Herausforderungen zu lösen und bei dieser Entwicklung ganz vorne dabei zu sein.

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