Bevor ein Pilot ein Flugzeug mit echten Passagieren steuert, verbringt er hunderte Stunden im Simulator. Für chirurgische Roboter gilt dasselbe Prinzip, aber die Umsetzung ist erheblich komplexer. Ein neues OP-System lässt sich nicht im Operationssaal erproben, wenn dort ein Mensch auf dem Tisch liegt. Wo entsteht also die Sicherheit, die wir von robotergestützten Eingriffen erwarten?
Dieser Artikel erklärt, wie das Fraunhofer IMTE in Lübeck diese Lücke schließt.
Was ist eine OP-Roboter-Forschungsumgebung?
Robotergestützte Chirurgie bedeutet nicht, dass ein Roboter eigenständig operiert. Roboterarme und Assistenzsysteme unterstützen Chirurg:innen, indem sie Bewegungen präziser machen, Zittern ausgleichen und Bilddaten in Echtzeit verarbeiten. Die Entscheidung trifft weiterhin der Mensch.
Damit solche Systeme in den Operationssaal gelangen, müssen sie vorher unter kontrollierten, reproduzierbaren Bedingungen entwickelt und validiert werden. Genau das leistet eine dedizierte OP-Roboter-Forschungsumgebung.
Das Fraunhofer IMTE betreibt dafür den Lübeck Innovation Hub for Robotic Surgery, kurz LIROS. LIROS ist ein vollständig ausgestatteter Forschungs-OP, in dem kein Patientenbetrieb stattfindet. Ziel ist die automatisierte Bewertung, Optimierung und Personalisierung von chirurgischem Training und Roboter-Chirurgie-Entwicklung. Der entscheidende Vorteil gegenüber einem echten OP: Experimente lassen sich beliebig oft wiederholen, unterbrechen und variieren.
Die vier Bausteine der realitätsnahen Erprobung
Vier Methoden greifen im LIROS ineinander: (i) Körperspender-Studien liefern maximale anatomische Realität, (ii) 3D-gedruckte Anatomiemodelle ermöglichen wiederholbares Training ohne Risiko, (iii) Bewegungsanalyse macht Qualität objektiv messbar, und (iv) OP-Simulation verbindet alles zu einem Trainings- und Validierungskreislauf.
Modelle und Simulation eignen sich für frühe Entwicklungsphasen und viele Wiederholungen. Körperspender-Studien sind der finale Realitätscheck, bevor ein System in die Klinik geht.
Körperspender-Studien: der realitätsnächste Test vor Patient:innen
Kein Kunststoffmodell bildet menschliches Gewebe vollständig ab. Echte Gewebeschichten, Gefäßstrukturen, Gelenkmechanik und individuelle anatomische Variation lassen sich nur am menschlichen Körper studieren. Körperspender-Studien in der Forschungsinfrastruktur des Fraunhofer IMTE unterstützen die kontrollierte Entwicklung, Erprobung und Validierung neuer chirurgischer Systeme, Verfahren und Assistenztechnologien.
Diese Studien finden in einem klar definierten ethischen und rechtlichen Rahmen statt. Die Würde der Körperspender:innen steht dabei an erster Stelle, und alle Studien unterliegen den entsprechenden Genehmigungspflichten.
Konkret lassen sich hier Zugangswege für Instrumente prüfen, das Handling von Roboterarmen unter realen Gewebewiderständen, mögliche Kollisionsrisiken, Ergonomie für das OP-Team und die grundsätzliche Praktikabilität eines neuen Verfahrens. Erst wenn diese Fragen beantwortet sind, ist ein System bereit für den nächsten Schritt.
Minimalinvasive Hüftchirurgie: ein konkretes Beispiel
Die Hüfte ist ein anspruchsvolles Operationsgebiet. Das Gelenk liegt tief im Körper, umgeben von wichtigen Nerven und Blutgefäßen. Eine exakte Implantatpositionierung ist für das Langzeitergebnis entscheidend. Gleichzeitig geht der Trend klar in Richtung minimalinvasiver Verfahren: kleine Zugänge statt großer Schnitte, weniger Blutverlust, kürzere Rehabilitation.
Robotergestützte Hüftchirurgie in minimalinvasiver Ausführung verbindet beide Anforderungen. Roboterassistenz ermöglicht präzise, reproduzierbare Bewegungen, die auf die individuelle Anatomie des jeweiligen Patienten abgestimmt sind. Diese Präzision muss jedoch vorher nachgewiesen werden. Dafür braucht es Körperspender-Studien und Bewegungsanalyse in einer kontrollierten Forschungsumgebung wie LIROS, bevor das Verfahren in die Klinik kommt.
3D-gedruckte Anatomiemodelle: früh üben, ohne Risiko
Aus CT-Daten lassen sich patientenspezifische oder standardisierte Anatomiemodelle drucken. Diese Modelle sind für frühe Entwicklungsphasen besonders wertvoll: Sie sind beliebig reproduzierbar, kostengünstig und erlauben es, Roboter-Algorithmen zu kalibrieren und Trainingsszenarien zu standardisieren.
Das Fraunhofer IMTE verfügt über ein akkreditiertes CT- und Materialprüflabor, das additiv gefertigte Komponenten prüft und damit die Qualität dieser Modelle absichert.
Aber eine klare Einschränkung gilt: Kunststoffmodelle simulieren Geometrie gut, echtes Gewebeverhalten jedoch nur begrenzt. Weichgewebeeigenschaften, Blutung und Gewebespannung fehlen. Deshalb ersetzen 3D-Modelle die Körperspender-Studien nicht; sie bereiten auf sie vor.
Bewegungsanalyse: Chirurgie objektiv messen
Wie gut ist ein chirurgischer Eingriff wirklich gelaufen? Ohne Daten bleibt die Antwort subjektiv. Bewegungsanalyse erfasst mit Kameras, Sensoren und Tracking-Systemen die Bewegungen von Instrumenten, Roboterarmen und Chirurg:innen. Das Ergebnis sind objektive Kennzahlen: zurückgelegte Wege, aufgewendete Kräfte, Präzision, Kollisionsrisiken, benötigte Zeit.
Diese Daten machen es möglich, neue Systeme vergleichbar zu bewerten und Training gezielt zu personalisieren. LIROS ist darauf ausgelegt, genau diese automatisierte Bewertung durchzuführen und Assistenztechnologien auf Basis realer Bewegungsdaten iterativ zu verbessern.
OP-Simulation und Training: der Kreislauf schließt sich
Simulation, Modelle, Bewegungsanalyse und Körperspender-Studien bilden gemeinsam einen Trainings- und Validierungskreislauf. Chirurg:innen können neue robotergestützte Verfahren in der OP-Simulation üben, bevor sie am Patienten operieren. Entwickler:innen können Systeme auf Basis der Bewegungsdaten anpassen und erneut testen.
Das Besondere an der LIROS-Umgebung ist die Möglichkeit zur Personalisierung dieses Trainings. Nicht jede:r Chirurg:in hat denselben Hintergrund, nicht jede Anatomie ist gleich. Ein adaptives Trainingssystem, das auf Bewegungsdaten reagiert, bietet gegenüber standardisierten Kursformaten einen messbaren Vorteil.
Von der Forschung zur Zulassung
Saubere, dokumentierte Validierungsdaten sind kein akademischer Selbstzweck. Sie sind die Grundlage für die Zulassung von Medizinprodukten nach der EU-Medizinprodukteverordnung (MDR). Reproduzierbare Ergebnisse aus kontrollierten Studien liefern die klinische Evidenz, die Benannte Stellen und Behörden verlangen.
Das Fraunhofer IMTE verfügt über dedizierte Kompetenz in Regulatory und Clinical Affairs, einschließlich In-silico-Modellierung und aktiver Mitarbeit in Normungsgremien bei DIN, CEN, ISO und IEC. Wer Daten aus einer Forschungsumgebung wie LIROS mit dieser regulatorischen Begleitung kombiniert, spart Zeit und vermeidet kostspielige Überraschungen im Zulassungsverfahren.
Sicherheit entsteht vor dem OP
Robotergestützte Chirurgie entsteht nicht im Operationssaal. Sie entsteht in einer kontrollierten Forschungsumgebung, in der Körperspender-Studien, 3D-Modelle, Bewegungsanalyse und Simulation ineinandergreifen. Das Fraunhofer IMTE ermöglicht mit LIROS genau diese kontrollierte Entwicklung, Erprobung und Validierung neuer chirurgischer Systeme, Verfahren und Assistenztechnologien.
Das Ergebnis sind schonendere, präzisere und sicherere Eingriffe für Patient:innen. Für Unternehmen, die neue chirurgische Systeme entwickeln, bedeutet das einen Entwicklungspartner, der die Brücke von der Idee bis zur klinischen Evidenz baut.
Wer mehr über eine Zusammenarbeit erfahren möchte, findet auf der Website des Fraunhofer IMTE erste Informationen zu Kooperationsmöglichkeiten und Ansprechpartner:innen.
Kontakt
Für Rückfragen und Projekteinstiege steht das Fraunhofer IMTE unter https://www.imte.fraunhofer.de/de/kontakt.html zur Verfügung.
