Robotik in der Ohrchirurgie: Stand und Perspektiven der Cochlea-Implantation

Robotische Systeme haben die Cochlea-Implantation von der bildgebungsgestützten Bohrung bis zur kontrollierten Elektrodeninsertion erweitert. Erste Verfahren sind klinisch etabliert, doch zur optimalen Nutzung dürfte künftig die Verbindung von robotischer Präzision, intraoperativer Rückmeldung und aktiver Steuerung entscheidend sein.

Das Cochlea-Implantat gilt als die erfolgreichste Neuroprothese der modernen Medizin. Weltweit wurden inzwischen mehr als eine Million Implantate eingesetzt.¹ Das Implantat umgeht sowohl die Schallleitung als auch die mechanoelektrische Signalumwandlung im Innenohr und stimuliert den Hörnerv direkt elektrisch. Damit kann es bei hochgradigen Hörstörungen unterschiedlicher Ätiologie eingesetzt werden. Die flüssigkeitsgefüllte Cochlea erlaubt dabei eine Elektrodeninsertion unter weitgehender Erhaltung ihrer Strukturen und Restfunktion.

Vom Implantat zur Soft Surgery

Die Implantatsysteme entwickelten sich in den vergangenen Jahrzehnten rasant. In den 1990er-Jahren gelang mit Mehrkanal-Systemen, welche die natürliche Tonotopie der Cochlea nutzen, der klinische Durchbruch. Darauffolgende Generationen brachten mechanische Verbesserungen durch flexiblere Elektrodenträger mit geringeren Insertionskräften. Ab den 2000er-Jahren verlagerte sich der Fortschritt zunehmend von der Hardware zur Software. Verbesserte Signalverarbeitungsstrategien optimierten die audiologischen Ergebnisse weiter.

Parallel etablierte sich die sogenannte Soft Surgery: chirurgische Prinzipien zur Minimierung der mechanischen Belastung des Innenohrs. Ein wichtiges Ziel wurde dabei der Erhalt des präoperativ noch vorhandenen akustischen Hörvermögens. Trotz aller Fortschritte blieb die Variabilität der Ergebnisse aber groß und viele Patient:innen erlitten weiterhin eine deutliche Verschlechterung dieses Restgehörs.² Dies ist angesichts der außerordentlichen Empfindlichkeit der Cochlea wenig überraschend. An der Hörschwelle liegen die Bewegungen ihrer Sinnesstrukturen im Subnanometerbereich und damit in der Größenordnung einzelner Atomdurchmesser.³ Es lag daher nahe, dass robotische Systeme dieser mikrometrisch anspruchsvollen Chirurgie neue Möglichkeiten eröffnen könnten.

Robotischer Zugang zur Cochlea

Ende der 2000er-Jahre intensivierte sich die Forschung zur robotergestützten Cochlea-Implantation. Im Zentrum stand zunächst die minimalinvasive Erstellung eines Zugangs zur Cochlea durch bildgebungsgestützte Navigation. Zwei Konzepte wurden verfolgt: stereotaktische Rahmen, welche das Werkzeug starr relativ zur Anatomie positionieren, und Roboterarme, die Bewegungen eines am Mastoid fixierten Trackingmarkers nachführen.

Ein intraoperativer Planungsscan stellt die geometrische Beziehung zwischen Anatomie und Referenzschrauben her. In der klinischen Entwicklung setzte sich schließlich das roboterarmbasierte System durch. In einer Validierungsstudie am Inselspital Bern wurden ab 2016 die ersten neun Patienten über einen minimalinvasiven cochleären Zugang versorgt.⁴ Das Projekt wurde anschließend durch MED-EL und das Spin-off CASCINATION bis zur Marktzulassung weitergeführt. Mittlerweile wird die minimalinvasive Robotik an mehreren europäischen Zentren eingesetzt; insgesamt wurden mehr als hundert Eingriffe durchgeführt (Abb. 1).

Robotische Elektrodeninsertion

Parallel dazu wurden robotische Werkzeuge zur Elektrodeninsertion entwickelt. Als Ergänzung minimalinvasiver Bohrsysteme sollten sie eine kontrollierte, präzise und kraftüberwachte Einführung der Elektrode ermöglichen.^5,6 Diese frühen Ansätze verließen jedoch nie die Prototypenphase. Mitentscheidend war die damals fehlende klinische Verfügbarkeit entsprechender Gesamtsysteme.

Experimentelle Arbeiten bestätigten aber, dass die Elektrodeninsertion als kritischer Schritt betrachtet werden muss. Druckmessungen am Kadavermodell wiesen nach, dass die manuelle Insertion ausgeprägte Drucktransienten verursachen kann, welche das Restgehör potenziell nachhaltig schädigen, und die Mikrocomputertomografie wies strukturelle Verletzungen innerhalb der Cochlea nach.⁷ Diese Befunde führten zu einer neuen Generation vereinfachter Insertionswerkzeuge, die auch mit konventionell angelegten Innenohrzugängen kompatibel waren.

Durch diese Öffnung des Anwendungsfeldes konnten sich mehrere Insertionssysteme klinisch etablieren.^8–10 Mittlerweile liegen erste Ergebnisse vor: Einzelne Studien zeigen Tendenzen zu verbessertem Hörerhalt; niedrigere Impedanzen deuten auf geringere intracochleäre Verletzungen hin. Andere Untersuchungen finden keinen eindeutigen Vorteil.^11,12 Die erzielten Verbesserungen scheinen begrenzt und blieben hinter vielen Erwartungen zurück.

Grenzen der heutigen Robotik

Neue Forschungsdaten rücken einen weiteren Aspekt in den Mittelpunkt. Die bestehenden Systeme unterstützen zwar eine möglichst atraumatische Einführung der Elektrode, weitere relevante Schritte bleiben jedoch manuell: das Lösen des Implantats vom Insertionssystem, die Stabilisierung des Elektrodenkabels in der Mastoidhöhle und der Verschluss des Rundfensterbereichs. Gerade diese Post-Insertionsschritte können einen relevanten Anteil der cochleären Belastung verursachen.

Damit ergibt sich in gewisser Weise eine Rückkehr zu den Prinzipien der Soft Surgery. Auch unter Einsatz moderner teilrobotischer Systeme bleibt die manuelle chirurgische Arbeit von zentraler Bedeutung. Die verfügbaren Systeme setzen zwar an sinnvollen Einflussfaktoren zur Reduktion der cochleären Belastung an, erschweren jedoch den visuellen Zugang und lassen die haptische Rückmeldung entfallen. Im Grundsatz führen diese Systeme dieselben Bewegungen aus wie die menschliche Hand, nur mit höherer Präzision und besserer Reproduzierbarkeit. Die mechanischen Barrieren der Anatomie bleiben dabei bestehen.

Ein komplementärer Ansatz besteht deshalb darin, nicht nur die Qualität der Bewegungsausführung zu verbessern, sondern die mechanischen Randbedingungen der Insertion selbst zu verändern. Ein Beispiel ist eine auftrennbare Führungshülse, welche die Elektrode in der basalen Cochlea auf eine günstigere Trajektorie umlenkt und dadurch die intracochleären Kräfte reduziert.¹³ Auch vorgeformte Elektrodenträger folgen diesem Prinzip. Heutige robotische Systeme können solche Elektroden jedoch entweder noch nicht automatisiert einführen oder berücksichtigen ihre Position und Formveränderung während der Insertion nur unzureichend.

Intraoperatives Feedback

Künftig wird daher die Verknüpfung robotischer Systeme mit objektiver intraoperativer Rückmeldung von zentraler Bedeutung sein. Drei Entwicklungsrichtungen zeichnen sich ab. Erstens sollen physikalische Parameter in Echtzeit erfasst werden. Mehrere Forschungsgruppen haben Instrumente zur Erfassung der Insertionskräfte und des intracochleären Drucks entwickelt; der Schritt in die klinische Routine steht jedoch noch aus.^14–16

Zweitens eröffnet die intraoperative Elektrophysiologie neue Möglichkeiten. Zahlreiche Forschungsprojekte befassen sich mit der automatisierten Auswertung der Elektrocochleografie. Dabei werden durch akustische Stimuli ausgelöste elektrophysiologische Antworten direkt über das Implantat erfasst (Abb. 2). Veränderungen dieser Signale könnten helfen, eine drohende Belastung intracochleärer Strukturen frühzeitig zu erkennen und die Insertion entsprechend anzupassen.¹⁷ Ergänzend können elektrische Impedanzmessungen zur Abschätzung der Position des Elektrodenträgers innerhalb der Cochlea genutzt werden. Diese Verfahren befinden sich derzeit am Übergang von der klinischen Forschung zur intraoperativen Anwendung.

Drittens müssen diese Rückmeldungen in eine aktive Steuerung übersetzt werden. Die bisherigen Verfahren bleiben überwiegend beobachtend: Sie liefern Informationen, greifen aber nicht unmittelbar in den Operationsverlauf ein. Der eigentliche Mehrwert entsteht erst, wenn robotische Systeme ihre Bewegungen aufgrund mechanischer oder elektrophysiologischer Rückmeldungen unmittelbar anpassen können. Die nächste Generation robotischer Werkzeuge muss diese Integration von Beginn an berücksichtigen.

Neue Einsatzfelder

Insbesondere die minimalinvasive robotische Bohrung eröffnet weitere Einsatzfelder. Für viele Eingriffe an der lateralen Schädelbasis bietet die hochpräzise, bildgebungsgestützte Navigation Vorteile. Eine Machbarkeitsstudie zeigte das Potenzial minimalinvasiver Zugänge zu den Bogengängen für Vestibularimplantate.¹⁸ Mit dem minimalinvasiven Plugging des superioren Bogengangs bei Bogengangsdehiszenz erfolgten inzwischen auch erste klinische Anwendungen außerhalb der Cochlea-Implantation.¹⁹

Die Robotik in der Ohrchirurgie entwickelt sich zunehmend zu einer technologischen Plattform, welche präoperative Planung, Navigation und intraoperative Anpassung des Eingriffs zusammenführt. Diese Funktionen könnten insbesondere seltenen und technisch anspruchsvollen Eingriffen zugutekommen. Die für die Cochlea-Implantation entwickelten und validierten Verfahren könnten so zur Grundlage für ein breiteres Spektrum otologischer Eingriffe werden.

Literatur: