Vor zweieinhalb Jahren säuberten Mitarbeiter von THINK Surgical, einem Entwicklungsunternehmen für Roboterchirurgie in Fremont, Kalifornien, eine Lagereinheit in der Nähe ihres Hauptsitzes, als sie ein Objekt fanden, das wie ein alter Roboterarm aussah.
Bei genauerem Hinsehen stellte Micah Forstein, stellvertretender Geschäftsführer des Unternehmens, fest, dass der Arm ein Überbleibsel war - ein Prototyp einer Erfindung, die die Gelenkersatzoperation für immer verändert hatte.
Mit dem innovativen Robotersystem, dem so genannten Robodoc, können Chirurgen komplizierte Hüft- und Knieoperationen mit CT-Scans, die in dreidimensionale virtuelle Bilder für die präoperative Planung und computergesteuerte Bohrungen umgewandelt wurden, präziser durchführen. Das Tool wurde weltweit in mehr als 28.000 Verfahren eingesetzt.
Jetzt wird der vollständig restaurierte Prototyp von 1989 für immer in den Sammlungen des Smithsonian National Museum of American History aufbewahrt.
„Es ist wichtig, dass wir uns an Meilensteine in der Medizintechnik erinnern“, sagt Forstein.
Der ROBODOC-Prototyp im National Museum of American History. (NMAH / SI) Der Roboter ist die Idee des verstorbenen Tierarztes Howard "Hap" A. Paul und des zum Orthopäden ausgebildeten Chirurgen William Bargar, die beide in den 1980er Jahren an der University of California in Davis arbeiteten, als Bargar erkannte, was er als Dilemma bezeichnet totale Hüftendoprothese oder Hüftersatzoperation.
Zu dieser Zeit wurden Implantate mit Acrylzement am Körper des Patienten befestigt, einem unbeständigen Material, das schließlich zusammenbrach und den Patienten unter das Messer zurückschickte.
Die Forscher hatten bereits versucht, den Bedarf an fehlerhaftem Zement durch poröse Implantate zu beseitigen, in denen der Knochen tatsächlich wachsen konnte. Diese Entwicklung widmete sich dem Problem des sich verschlechternden Zements, aber die Implantate waren immer noch unvollkommen, da sie nur in wenigen unterschiedlichen Größen hergestellt wurden. Sie passten nicht zu jedem Körper des Patienten.
"Sie würden versuchen, sie hinein zu stecken, und einige würden zu eng passen", sagt Bargar, "oder Sie würden den Knochen brechen, indem Sie ihn hinein stecken, oder einige würden zu locker passen und es würde wackeln, so dass es schwierig war, den zu bekommen." Für jeden Patienten die richtige Größe. Ich hatte also die Idee, diese Dinge nach Maß herzustellen. "
Unter Verwendung der CT-Scandaten eines Patienten und der CAD / CAM-Technologie (Computer Assisted Design / Computer Assisted Manufacturing) konnte Bargar ein Implantat entwerfen, das auf den Körper einer bestimmten Person zugeschnitten ist. Anschließend könnte er das Design auf eine CAD / CAM-Maschine übertragen, die das Implantat aus Metall schneidet.
Währenddessen studierte Paul auf einem anderen Teil des Campus der University of California in Davis als Resident an der School of Veterinary Medicine Gelenkersatzoperationen bei Hunden. Er konnte es nicht ertragen, einen Hund wegen Gelenkproblemen niederzulegen, wenn es Alternativen wie Hüftgelenksersatz gab. Die beiden Forscher haben sich zusammengeschlossen, um maßgeschneiderte Implantatforschung bei Hunden zu betreiben.
Aber auch bei den benutzerdefinierten Implantaten war die Gelenkersatzoperation fehlerhaft. Während eine Maschine die kundenspezifischen Implantate herstellte, gruben die Chirurgen immer noch mit der Hand in die Knochenhöhlen der Patienten, was Hindernisse für das Einsetzen der Implantate darstellte und den Weg für schädliche Folgen wie Knochensplitterung ebnete.
Die Forscher verwendeten das ROBODOC in 23 Operationen an Hunden, bevor sie versuchten, es an einem Menschen anzuwenden. (NMAH / SI) Auf einem Heimflug aus Nizza, Frankreich, wo sie ihre Forschungen zu den kundenspezifischen Implantaten vorgestellt hatten, kamen Bargar und Paul auf die nächste Idee: Verwenden eines Roboters, um die umgekehrte Form des Implantats im Patienten für eine perfekte Passform zu schneiden.
Die Forschungsbereiche Robotik und Computer hatten sich jedoch unabhängig voneinander entwickelt, und es war ein neues Konzept, einem Roboter beizubringen, sich wie eine CAD / CAM-Maschine zu verhalten. Nach Gesprächen mit vielen Robotikherstellern hatte Bargars Vater, ein ehemaliger IBM-Mitarbeiter, die Forscher in eine Sackgasse geführt und ihn mit einer Gruppe im Thomas J. Watson Research Lab von IBM in Kontakt gebracht. Dort hatten Forscher eine automatisierte Maschinensprache entwickelt, die sie jedoch noch nicht in der realen Welt angewendet hatten.
Es war das perfekte Match und 1986 begannen die Forscher, am ersten und einzigen aktiven roboterchirurgischen System zusammenzuarbeiten. Ähnlich wie bei der CAD / CAM-Maschine, mit der die Implantate hergestellt werden, folgt der Roboter den Anweisungen des Chirurgen, die er mithilfe dieser von IBM entwickelten Sprache von einem Computer erhält.
„Man muss eine Idee haben und naiv sein, und es hilft auch, Glück zu haben“, sagt Bargar.
Sie tauften ihren Roboter Robodoc in Anspielung auf den populären Film RoboCop von 1987. Um 1990 gründeten Paul und Bargar mit Unterstützung von IBM das Unternehmen Integrated Surgical Systems und überzeugten die FDA, im November 1992 eine Machbarkeitsstudie an einem Menschen durchführen zu lassen. Zwischen Integrated Surgical Systems und IBM gibt es zehn Patente (Nummern 5769092, 5776136, 5806518, 5824085, 6033415, 6322567, 6430434, 5951475, 6415171 und 6747646), die verschiedene Komponenten der gesamten Erfindung darstellen.
Sie hatten den Roboter bereits bei Operationen an 23 Hunden eingesetzt, und obwohl sie einige Probleme hatten, die Maschine für die erste Operation am Menschen einzurichten, waren sie erfolgreich und haben die Sicherheit der Maschine bewiesen.
Die FDA erlaubte ihnen dann, neun weitere Operationen am Menschen in einer multizentrischen Studie durchzuführen (Paul nahm an sechs der Testoperationen teil, aber tragischerweise starb er am Tag vor der letzten Testoperation in der Studie an Leukämie).
Sie konnten durch diese Studien nachweisen, dass der Roboter eine präzisere Gelenkersatzoperation ermöglichte, der Eingriff jedoch länger dauerte als bei einer herkömmlichen Operation, was zu einem größeren Blutverlust führte. Sie konnten den Prozess mit Vorschlägen eines Arztes in Deutschland optimieren, der das Gerät etwa zur selben Zeit in Betrieb genommen hatte, als Bargars Team mit den FDA-Multicenter-Studien begann (die EU verfügte über andere Standards, die die Verwendung dieses Geräts in Europa ermöglichten) bevor es in den USA verwendet wurde).
Um die Änderungen zu berücksichtigen, forderte die FDA das Team auf, weitere Studien durchzuführen, und bis 2006 gingen dem Unternehmen die Mittel aus. Sie schlossen den Laden bis 2007, als eine koreanische Firma namens Curexo, die Muttergesellschaft von THINK Surgical, einsprang und die Mittel für den Abschluss der Studie bereitstellte.
Die FDA hat den Robodoc im nächsten Jahr endgültig zugelassen, und heute ist das System noch das einzige aktive robotergestützte chirurgische System (dh der Roboter führt den Eingriff selbst gemäß den Anweisungen des Chirurgen durch), das in den USA für orthopädische Eingriffe verwendet wird.
Der ROBODOC war der erste aktive Roboter, der in der Chirurgie eingesetzt wurde. (NMAH / SI) Judy Chelnick, eine assoziierte Kuratorin in der Abteilung für Medizin und Wissenschaft des Museums, verfolgte jahrelang die Entwicklung der roboterchirurgischen Technologie, als Forstein nach Aufdeckung des Prototyps Kontakt mit der Smithsonian Institution aufnahm. Chelnick wusste, dass sie ein medizinisches Robotergerät abholen wollte, musste sich aber noch entscheiden, welches.
Nachdem sie den Roboter in Fremont persönlich gesehen und die Geschichte des Robodoc recherchiert hatte, entschied sie, dass dies der wichtigste war, den sie zuerst sammelte - weil es der erste war.
„Es ist historisch. Ich sehe es als die Entwicklung der Chirurgie. Dies ist nur eine weitere Möglichkeit, eine Operation durchzuführen “, sagt Chelnick.
Im November 2016 hat das National Museum of American History den Robodoc offiziell in seine ständigen wissenschaftlichen und medizinischen Sammlungen aufgenommen. Der 72-jährige Bargar, der bei der Einweihungszeremonie anwesend war, bezeichnet die Spende an den Smithsonian als „Verschließer“ seiner Karriere. „Es ist eine enorme Ehre. Es ist wahrscheinlich die größte Leistung meines Lebens “, sagt er.
