An der Universitätsmedizin Göttingen ist eine bundesweit einmalige Kombination aus Chi­rurgie und Robotik geschaffen worden. Durch das enge Ineinandergreifen von Praxis, Forschung und Entwicklung wird hier an der Chirurgie von morgen gearbeitet. 

Michael Ghadimi ist einer, der gerne neue Wege geht. Als Direktor der Klinik für Allgemein-, Viszeral- und Kinderchirurgie an der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) und erfahrener Chirurg setzt der Professor schon seit Jahren erfolgreich robotische Assistenzsysteme für Operationen am Patienten ein. Und weil neue Technologien auch neue Chancen bedeuten, hat er das Thema konsequent vorangetrieben. 

Daraus sind an der UMG zwei Einrichtungen entstanden, die den Weg für die Zukunft der Chirurgie bereiten sollen: die Göttingen School of Surgery und das Center for Digital Surgery (CDS), die offiziell 2023 eröffnet wurden. Hier treffen strukturierte Ausbildung, Augmented Reality, Chirurgie-Experten und KI-/Robotikentwicklungen aufeinander. Sie greifen aber auch ineinander und sollen auf engem Raum eine Keimzelle für neue Methoden und eine bessere Ausbildung von Chirurgen schaffen.

Die Welt der Chirurgie ist eine spannende, sie gilt als das möglicherweise anspruchsvollste Feld in der Medizin. Die Ausbildung dauert lange, die Praxis ist technisch komplex. Die Arbeitsbelastung ist extrem hoch, ebenso wie die emotionale, mentale und physische Beanspruchung. Lange Schichten und Rufbereitschaften gehören zum Alltag. Hier arbeiten maximal motivierte und begabte Ärzte. „Als ich jung war, waren 70 bis 90 Stunden Arbeitszeit in der Woche die Regel, ein Großteil davon im OP-Saal“, sagt Ghadimi. Doch EU-Arbeitszeitregeln haben dem einen Riegel vorgeschoben. Und so reduzieren sich die Arbeitszeiten im OP-Saal und damit auch die Zeiten des Nachwuchses, was unter bisherigen Bedingungen entweder heißt: weniger Praxiserfahrung – oder noch längere Ausbildungszeiten. Hinzu kommt, dass es für Chirurgen bislang keine standardisierte Ausbildung gibt. 

Alles nicht ideal, wenn jemand mit dem Skalpell am Herzen operieren muss. Und das auch, weil aufgrund der Belastungen in der Chirurgie das Interesse unter angehenden Medizinern an dieser Spezialisierung gering ist, es also ohnehin zu wenig Chirurgen gibt. Gleichzeitig ist die Arbeit in Kliniken auch immer stärker technologiedurchdrungen. „In Sachen Technologie gibt es in der Chirurgie aber im Vergleich zu anderen Disziplinen noch einen gewissen Nachholbedarf“, so Ghadimi. Diese Ge­menge­lage schafft in der Chirurgie einen Handlungsbedarf, aber damit auch Raum für Innovationen. „Deswegen haben wir daran gearbeitet, in Göttingen in beiden Punkten stärker zu werden und Ausbildung und Technikentwicklung zusammenzuführen. Was wir hier etablieren konnten, die Kombination aus standardisierter Ausbildung in der School of Surgery und Robotikentwicklung im CDS, ist meines Wissens bundesweit einmalig.“

Die School fasst die bisherigen unstrukturierten Ansätze der vierjährigen Facharztausbildung zusammen und macht auch deutlich mehr als von der Ärztekammer gefordert. Den Kammern ist wichtig, dass der Nachwuchs durch verschiedene Abteilungen rotiert und eine bestimmte Anzahl OP-Stunden nachweisen kann. „Wir intensivieren das ab Tag eins mit Seminaren durch erfahrene Chi­rurgen für die jungen. Ab Jahr fünf gibt es Fortgeschrittenenseminare, die sich sowohl an den Nachwuchs als auch an Chirurgen mit längerer Erfahrung richten“, beschreibt Ghadimi den School-Ansatz. Praxisrelevanz, selbst unter Anleitung arbeiten, großer Fokus auf anatomische Kenntnisse – das sind zentrale Bausteine. 15 bis 20 angehende Chirurgen können hier derzeit ausgebildet werden, im Fortgeschrittenenbereich sind es etwa zehn. 

Die Buschtrommeln funktionieren offenbar gut in der Medizin, denn obwohl die School noch vergleichsweise jung ist, hat sich schon herumgesprochen, dass es in Göttingen etwas Neues gibt. „Ich sehe das an der Zahl der Bewerbungen“, sagt Ghadimi. „Ich habe sogar viele Bewerber aus anderen Universitäten, die es früher nie gab. Nachwuchsprobleme haben wir inzwischen keine mehr.“

Assistenzarzt Johannes Riebeling, der derzeit die Facharztausbildung zum Chirurgen durchläuft, ist einer 
von denen, die der School-Ansatz überzeugt hat. „Ich habe in Göttingen studiert und wollte auch in die Chirurgie gehen, aber es war noch nicht klar, wo. Dass hier zeitgleich die School auf Surgery eingerichtet wurde, hat mich unter anderem zum Hierbleiben bewegt. Ich habe auch einige Kollegen, die extra aufgrund der School nach Göttingen gekommen sind. Gerade die wöchentlichen Fortbildungen werden als sehr vorbildlich wahrgenommen.“

Doch die Ausbildung geht auch digitale Wege – etwa mit der Entwicklung eines virtuellen 3D-Schulungsraumes, zunächst für das Bauchspeicheldrüsenkarzinom. Setzt man die VR-Brille auf, landet man in einem virtuellen Hörsaal. Im Halbkreis ziehen sich die „Sitzplätze“ für die Teilnehmer um das Podium, hinter dem Displays Informationen anzeigen können. Mittels Controller kann man selbst im Raum navigieren. Doch das Herzstück ist die Bauchspeicheldrüse: Mitten auf dem Podium lässt sich die Pankreas, die basierend auf echten Patientendaten nachgebaut wurde, mit umliegenden Blut­gefäßen in 3D darstellen und in alle Richtungen betrachten. Umliegende Organe lassen sich per Klick ein- und ausblenden. „Die OP der Bauchspeicheldrüse ist aufgrund ihrer Anatomie eine sehr komplexe Operation“, betont Ghadimi. „Das versteht man wirklich erst, wenn man selbst operiert.“

Das Ganze wirkt wie eine kleine Revolution. „Bisher nutzen wir in der Ausbildung 2D-Atlanten oder Kunststoffmodelle“, sagt Privatdozentin Lena Conradi, die in der School Seminare gibt. „Im Gegensatz dazu können wir in 3D einzelne Komponenten transparent machen und den Verlauf des Pankreasgangs nachzeichnen. In Kombination mit einer klassischen Vorlesung entsteht eine sehr anschauliche und lebendige Lernform, die die Teilnehmer aktiv mit einbindet.“ Und daraus ergibt sich gleich noch eine weitere Anwendung, die direkt dem Patienten zugutekommen könnte: „Für meinen Opera­tionsalltag wäre es super, wenn ich mir vor der OP das exakte Modell des Pankreastumors meines Patienten anschauen könnte. Aber so weit sind wir noch nicht.“

Johannes Riebeling findet, dass solche Modelle auch für die anderen Organe ausgesprochen hilfreich wären: „Ich war sehr überrascht, als ich das erste Mal das 3D-Modell gesehen habe. Die Detailtreue ist überragend. Bis man sich ein Organ dreidimensional vorstellen kann, dauert es sonst mit CT- und 2D-Bildern deutlich länger.“

Und noch einen Vorteil bietet die virtuelle Komponente in der Ausbildung: Die fachliche Weiterqualifizierung und Begleitung externer Ärzte wäre im Prinzip problemlos möglich. Michael Ghadimi hat ein einfaches Beispiel: „In Niedersachsen gibt es zurzeit nur in Göttingen, Hannover, Braunschweig, Oldenburg und Lüneburg eine ausgewiesene Speiseröhren-Chirurgie. Aber viele andere Kliniken operieren die auch. Denkbar wäre, dass zu solchen Operationen ein Experte dazugeschaltet wird oder dass Ärzte anderer Krankenhäuser entsprechende Seminare in der School besuchen.“ Letztlich wäre so beispielsweise ein niedersächsischer Fortbildungsverbund denkbar – eine Möglichkeit, dem Mangel an ausgebildeten Chirurgen zu begegnen. Entsprechende Gedankenspiele gibt es schon, aber bis es soweit ist, wird es wohl noch dauern; nicht zuletzt liegt es auch am Geld. Ghadimi und seine Oberärzte betreuen die School quasi nebenbei. „Da gehen erhebliche personelle Ressourcen rein. Wir sind der privaten AKB-Stiftung daher sehr dankbar, dass sie unsere Arbeit finanziell unterstützt.“

Die School of Surgery soll aber perspektivisch noch mehr leisten als „nur“ Chirurgen auszubilden. Die Medizin differenziert sich immer weiter aus, sodass auch MBAs für Medizinische Ökonomie und für Medical Education angeboten werden sollen. Ebenso sollen Ausgründungen von Firmen unterstützt werden. An Plänen, Anwendungsfällen und innovativen Ideen mangelt es nicht. 

Die in die Umsetzung zu bringen, ist unter anderem Aufgabe von Jannis Hagenah, der vom Fraunhofer-Institut in Lübeck nach Göttingen gewechselt ist und das Center for Digital Surgery am Gesundheitscampus im Sartorius Quartier leitet, nur wenige Hundert Meter vom Uni-Klinikum entfernt. „Das große Potenzial im CDS sehe ich darin, dass wir ganz nah an der Universitätsklinik und damit der Praxis sind. Wir wollen unsere Entwicklungen natürlich im OP-Saal testen, aber genau dieser Schritt ist an vielen Standorten nur schwer möglich“, betont der Professor. Denn nur durch eine ausführliche Testung und realitätsnahe Testumgebungen lassen sich sichere Anwendungen für den Höchstrisikobereich „Operationen am Menschen“ entwickeln. 

Applikationen der Künstlichen Intelligenz sowie Robotik-Systeme sind die Gegenstände, an denen das CDS arbeitet. Hagenah ist Mediziningenieur und kommt vorrangig aus dem Bereich der KI mit dem Ziel, solche Anwendungen in die medizinische Robotik zu integrieren. „KI-Anwendungen sind datengetriebene Systeme, die aus Beobachtung lernen. Wenn ich die außerhalb eines echten Operationssaales trainiere, wird die KI immer einen sehr großen Schritt von der realen Anwendung entfernt bleiben. Daher müssen wir in einen echten OP-Saal rein.“ Deswegen kommt der engen Zusammenarbeit mit den Kollegen aus der Chirurgie eine zentrale Rolle zu: Einer der 28 OP-Säle in der UMG wird zu einem digitalen Forschungs-OP aufgerüstet. „Während der Chirurg operiert, sammeln wir Daten, können Anwendungen in einem ­realistischen Setting testen und gleich wieder mit an unsere Werkbank nehmen“, so Hagenah. 

Die ganz große Vision in der Medizin ist der intelligente OP-Saal. „Aber was heißt das konkret?“, fragt der Professor. Die Medizin sei ein spezieller Fall. Große Sprachmodelle wie ChatGPT sind mit immensen Datenmengen trainiert worden, doch die Datensätze in der Medizin sind klein. „Auch, weil jeder Patient, jede Erkrankung in einem Patienten anders ist. Keine zwei Tumore sind gleich. Und letztlich sind auch jede Klinik und jedes OP-Team anders.“ Das heißt, der Ansatz, nur möglichst viele Daten zu sammeln, „wird in der Medizin wahrscheinlich nicht funktionieren, weil es so viele individuelle Faktoren gibt. Meiner Meinung nach müssen wir dahin kommen, dauerhaft lernende Systeme in OP-Säle einzubauen“. Diese könnten selbstständig bestimmte Aufgaben übernehmen, assistieren, wo gewünscht, sich einpassen in Teamworkflows. „Doch bis zu dieser Eigenständigkeit ist es ein riesig weiter Weg.“ Zehn Jahre und mehr an Entwicklungszeit sind bisherige Erfahrungswerte. 

Der aktuelle Leistungsstand ist noch vergleichsweise bescheiden. KI-Systeme, die in Lübeck entwickelt wurden, können beurteilen, wie eine Naht gemacht wurde. Aktuell wird versucht, die komplexen Interaktionen des OP-Teams zu erfassen: Wann existieren welche Stresslevel, bei welchen Bewegungen ist das Zittern der Hand größer etc. „Wenn der Operateur gestresst ist, könnte ein System den Hinweis geben: Geh mal ’nen Kaffee trinken, gerade kann der Assistenzarzt das gut übernehmen, in 15 Minuten wird es erst wieder schwierig. Oder dass es Hinweise in bestimmten Situationen gibt, wie die Hand geführt werden sollte. Diese Hilfestellung sollte vom Stresslevel abhängen: Je entspannter und ruhiger der Chirurg ist, desto weniger Unterstützung durch ein Assistenzsystem wird benötigt“, beschreibt Hagenah mögliche Szenarien. Um dort hinzukommen, könnten auch Audiospuren von OPs ausgewertet werden – bisher eine kaum genutzte Ressource. 

„Momentan übersetzen Roboter noch eins zu eins die Handhabung des Menschen“, so Hagenah. „Aus Sicht des Technikers ist das wahnsinnig schade, weil man mächtige Systeme hat, die nur an der Oberfläche der Möglichkeiten kratzen. Der wirklich langfristige Paradigmenwechsel wird sein, vom Hilfsinstrument zu einem Teammitglied aus Metall zu kommen. Das wäre unsere Vision.“

Nicht nur technische Hürden gilt es zu überwinden. Auch die Akzeptanz seitens der Ärzte ist ein großes The-ma. Oder die Frage, ob eine kontinuierliche Über­wachung der OP-Mitglieder nicht das Stresslevel erhöht. Ebenso stehen ethische Fragen im Raum, wenn das System beispielsweise bei einem verstorbenen Patienten im Nachgang analysiert, wer im Team mit seiner Stimmung dazu beigetragen hat.

Aber diese Fragen und Paradigmenwechsel gehören dazu, wenn man Neuland betritt. In Göttingen jedenfalls ist in der Chirurgie eine ganz besondere Dynamik entstanden, die Wege aufzeigt – auch wenn dieser Weg über Hürden namens Innovations- und Investitionsstau, Bürokratie und ein stark reformbedürftiges Gesundheitssystem führt. „Mein Wunsch ist“, betont Michael Ghadimi, „dass das Modell, das wir in der Ausbildung und der engen Zusammenarbeit mit der technischen Entwicklung geschaffen haben, ein Modell auch für andere Standorte in Deutschland wird. Das soll nicht nur ein Göttingen-­Ding sein, das kann man sehr gut hochskalieren.“ ƒ