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Die Sichere Naht - Mechatronische Instrumente für die komplexe Nahtführung in der minimalinvasiven Chirurgie
- Spektrum der minimalinvasiven Chirurgie [1]
Das Projekt
Bei operativen Therapien stützt sich die Wiedervereinigung von Weichgeweben vornehmlich auf konventionelle Naht- und Klammertechniken, wobei neben der Präparation des Gewebes die Naht selbst einen entscheidenden Faktor für eine erfolgreiche Behandlung darstellt. Insbesondere bei der vor gut 15 Jahren eingeführten minimalinvasiven Chirurgie (MIC), ein Oberbegriff für operative Eingriffe mit kleinstem Trauma, sind die beiden Verfahren in der Anwendung technisch anspruchsvoll.
Bei der MIC werden die Operationen unter endoskopischer Sichtkontrolle mit Hilfe von filigranen Instrumenten vorgenommen, sodass keine großen Schnitte mehr erforderlich sind. Diese Technik konzentrierte sich zu Beginn vor allem auf die Bauchchirurgie. Es begann jedoch eine Ausbreitung auf weitere chirurgische Disziplinen, nachdem ihre Vorteile - eine raschere Genesung mit geringen postoperativen Beschwerden, sowie ein ästhetisch besseres Bild aufgrund der kleineren Narben - immer deutlicher wurden. So gibt es mittlerweile minimalinvasive Eingriffe in die Brusthöhle (Thorakoskopie), einen minimalinvasiven Zugang beim Hüftgelenkersatz durch eine Endoprothese, sowie weitere Tendenzen zu minimalinvasiven Zugängen bei Schilddrüsenoperationen oder in der Schönheitschirurgie.
Zuzüglich zu den technischen bzw. handwerklichen Schwierigkeiten, die einem Chirurgen bei Gewebeverbindungen in ca. 20cm Entfernung von der Bauchdecke durch zwei 10-12mm starken Trokare (Rohre zum Einführen der Instrumente) begegnen, bestehen bei jeder Naht- oder Klammervereinigung von Geweben einige typische Probleme, die es zu lösen gilt. So besteht bei zu hoher Nahtspannung die Gefahr einer Ischämie (Minderdurchblutung) oder gar Nekrose (Absterben von Gewebe), beziehungsweise eine Blutungsgefahr aus den Wundrändern bei zu lockerer Adaptation. Dadurch werden postoperative Komplikationen und eventuell nötige Re-Operationen verursacht. Das Einstellen der Nahtspannung hängt bisher von der subjektiven Einschätzung und von der Erfahrung des Operateurs ab, sodass die resultierenden Nahteigenschaften nicht objektivierbar und kaum standardisiert reproduzierbar sind. Somit entsteht die Forderung nach einem Fügeverfahren und einer geeigneten Vorrichtung, die ein schnelles, sicheres und reproduzierbares Fügen von menschlichem Gewebe unter den extrem schwierigen Bedingungen im engen und tiefen Operationskanal, wie er bei der MIC vorliegt, ermöglichen.
Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung einer automatisierten Nahthilfe für den minimalinvasiven Einsatz, die eine definierte Einstellung der Nahtspannung, sowie die Kontrolle der Durchblutung direkt beim Zuziehen der Naht erlaubt. Eine in die Nahthilfe integrierte Sensorik soll dem Chirurgen hierbei ein hohes Maß an Rückkopplung der Operationsbedingungen geben. So kann, dem jeweiligen Gewebetyp entsprechend, eine im Hinblick auf den sicheren Nahtverschluss und die Wundheilung optimierte Gefügetechnik realisiert werden.
Die Kooperation
Das Projekt greift die genannten Wünsche und Ziele der MIC und der diesen Zweig der Medizin beliefernden Unternehmen auf und setzt diese in Operationsapplikatoren um. Durch die erhebliche Komplexität der Instrumente entstehen hohe technologische Anforderungen an die Verbundpartner, sodass das Konsortium durch ein hohes Maß an interdisziplinärer Zusammenarbeit geprägt ist, das die Entwicklung von Produkten hoher Leistungsfähigkeit nach den neusten Erkenntnissen aus Forschung und Wirtschaft, sowie einen aktiven Wissenstransfer in die Industrie gewährleistet.
An der Umsetzung der Ziele arbeiten Projektpartner aus den Bereichen Forschung (Fraunhofer IPT und Lehrstuhl für Angewandte Medizintechnik der RWTH Aachen) und Medizintechnikhersteller (Medi-Globe, SOPRO-COMEG), Hersteller medizinischer Sensorik und Messtechnik (LEA), Spezialisten für medizinisches Nahtmaterial (FEG, Ethicon), sowie Endanwender aus verschiedenen chirurgischen Bereichen (Universitätsklinikum Aachen) gemeinsam.
Hierbei bringt das Fraunhofer IPT wesentliche Kompetenzen aus dem Bereich der Entwicklung und Produktion miniaturisierter, mechatronischer Systeme in das Konsortium ein, während der Lehrstuhl für Angewandte Medizintechnik der RWTH Aachen, durch die besondere Erfahrung in der Umsetzung medizinischer Anforderungen in technische Randbedingungen und im Testen medizinischer Systeme, als Schnittstelle zwischen Ingenieurwissenschaften und Medizin fungiert. Die Anforderungen können durch die Einbindung der Chirurgen des Universitätsklinikums Aachen anwendungsorientiert gestellt und anwendungsgerecht getestet werden, während den Industriepartnern die Aufgabe der Unterstützung einer verwertungsgerechten und marktnahen Entwicklung zukommt.
Die Perspektiven
Durch die entwickelten Applikatoren können die in diesem Vorhaben ermittelten optimalen Nahtparameter zur Verbesserung der Wundheilung standardisiert und reproduzierbar am Patienten angewandt werden, sodass postoperative Komplikationen verringert werden. Durch die daraus resultierende verkürzte Operationsdauer, die Verringerung in der Anzahl nötiger Re-Operationen und die Verkürzung der Krankenhausaufenthalte können im Gesundheitswesen erhebliche Kosten eingespart werden.
Allein im Bereich der Herzchirurgie können die Ausgaben beträchtlich reduziert werden. Pro Jahr werden in Deutschland in 78 herzchirurgischen Kliniken etwa 100.000 Herzoperationen unter Verwendung einer Herz-Lungen-Maschine durchgeführt. Bei einem durchschnittlichen Preis der Operationsminute von 5 Euro, einer Nahtzeit von 3 bis 5 Minuten pro Einzelknopfnaht und einer durchschnittlichen Anzahl von 20 Einzelknopfnähten in jeder Herzoperation, verursacht das chirurgische Nähen allein Kosten von ca. 400 Euro zuzüglich Nahtmaterials. Gelingt es jedoch, den Nahtvorgang auf ca. 2 Minuten pro Naht zu beschleunigen, sind langfristig allein bei Herzoperationen jährliche Einsparungen von 20 Mio. Euro möglich.
Durch die tendenzielle Ausbreitung der MIC auf immer weitere chirurgische Disziplinen ist die Entwicklung anforderungsgerechter Spezialinstrumente erforderlich. Daher ist davon auszugehen, dass das hier zusammengestellte Konsortium seine komplementären Kompetenzen über das Projektende hinaus weiter nutzen wird, um weitere chirurgische Instrumente zu entwickeln und so einen wichtigen Beitrag zur Ausbreitung der MIC leisten wird.Darüber hinaus ist eine Zusammenarbeit bei der Entwicklung von Produkten, die direkt von im Projekt erreichten Teillösungen, zum Beispiel von der innovativen Fügetechnologie, abgeleitet werden können, möglich.
[1] Fatikow, S., Rembold, U.: Microsystem Technology and Microrobotics, Springer Verlag, Berlin Heidelberg, 1997
