50 Jahre Minimal-invasive Chirurgie in der Urologie

Zusammenfassung

Die Entwicklung der Minimal-invasiven Chirurgie (MIC) in der Urologie umfasst die Teilbereiche transurethrale Techniken, Endourologie und Extrakorporale Stosswellenlithotripsie, Uroradiologie sowie Laparoskopie und Robotische Chirurgie. Basierend auf persönlichen Erfahrungen mit der Entwicklung minimal-invasiver Verfahren seit Ende der 70iger Jahren präsentieren wir eine historische Analyse der Literatur mit dem Ziel, die wesentlichen Meilensteine der Minimal-Invasiven Therapie in der Urologie herauszuarbeiten.

Motor der rasanten Entwicklung der MIC in der Urologie war die Einführung der digitalen Videotechnologie, Lasertechnologie, Fortschritte der Elektrochirurgie begleitet von den Glanzleistungen vor allem Deutscher Technologiefirmen mit zunehmender Miniaturisierung des Instrumentariums. Bedeutsam war auch die gute Kooperation zwischen Urologen, Ingenieuren und Radiologen.

Die Laparoskopie wird trotz zahlreicher Weiterentwicklungen (3D-Prismentechnolgie, ETHOS-chair) zunehmend von der Robotik ersetzt. Auf Grund der auslaufendenden Patenten von Intuitive Surgical existiert seit diesem Jahr eine Konkurrenzsituation mit neuen Herstellern von Operationsrobotern. Allerdings müssen diese erst belegen, ob sie den hohen Qualitätsstandard der aktuellen Da Vinci-serie bieten können. Robotersysteme für die Endourologie werden zukünftig eine Rolle spielen, wie Avicenna Roboflex^R für die flexible Ureteroskopie und AquaBeam^R- für die roboter-assistierte Aquaablation der Prostata. Während Roboflex^R ähnlich dem Da Vinci-system die Ergonomie des Eingriffes erleichtert, ersetzt die robotergestützte Aquablation erstmals den Operateur.

Abstract

The development of minimally invasive surgery (MIS) in Urology includes transurethral techniques, endourology and extracorporeal shock wave lithotripsy, uroradiology as well as laparoscopy and robot-assisted suregry. Based on personal experiences with the introduction of minimal-invasiven procedures since the late seventees we present a historical analysis of the literature aiming to work out the most important milestones of MIS in Urology.

The drastic development of MIS in Urology was promoted by the introduction of digital videotechnology, laser technology, advances in electronic surgery together with the excellent performance of mainly German manufacturers of medical devices anf instruments. In this scenario, the good cooperation between urologists, engineers, and interventional radiologists was of upmost importance.

The introduction of Robotics led to a decrease of importance of classical laparoscopy. Nevertheless laparoscopy and retroperitoneoscopy underwent significant technological improvements during the last decade including introduction 3D-HD-videosystems and ergonomic platforms (ETHOS-chair^R). The monopoly of robotic surgical devices will end this year, because key-patents of Intuitive Surgical will expire. This will lead to an interesing competition in among new manufacturers of robotic surgical devices, which however have to prove that they meet the high quality standard of the current Da Vinci-series. There are also robotic systems used in endourology: Avicenna Roboflex^R and the AquaBeam^R-System for robot-assisted aquablation therapy of the prostate. While Roboflex^R improves the ergonomics of flexbile ureteroscopy, AquaBeam^R may for the first time eliminate the surgeon.

Schlüsselwörter

minimal invasive Chirurgie - chirurgische Roboter - Laparoskopie - Endourologie - Navigation - Master-Slave Systeme - Roboter-assistierte Chirurgie - Robotische flexible Ureteroskopie - Robotische TURP - Aquablation der Prostata - TUR Prostate, Laser Enukleation

Keywords

minimally invasive surgrey - surgical robots - laparoscopy - endourology - Navigation - master-slave systems - robot-assisted surgery - robotic flexible ureteroscopy - robotic TURP - aquablation of the prostate - TUR prostate, laser enucleation

Einleitung

Die letzten 50 Jahre der urologischen Forschung waren entscheidend von der Entwicklung und Etablierung der minimalinvasiven Therapie geprägt. Es begann mit der Weiterentwicklung der transurethralen Techniken sowie der Applikation radiologischer Technologie zur Nierenembolisation und einem perkutanen Zugang zur Niere in den 70er Jahren bis hin zur Einführung der Endourologie und Extrakroporalen Stosswellenlithotripsie in den 80er Jahren. In den 90er Jahren stand die Laparoskopie und Lasertechnologie im Vordergrund, was nach dem Millenium direkt in die Etablierung der Roboter-assistierten Laparoskopie mündete. Im letzten Jahrzehnt wurden auch Robotersystem für die Endourologie und transurethrale Prostatachirurgie entwickelt, deren klinischer Einsatz sehr vielversprechend ist. Außerdem wird der Stellenwert der Virtuellen Realität zur Optimierung und Planung urologischer Eingriffe getestet ([Tab. 1]).

Tab. 1 Die wesentlichen Entwicklungen in der transurethralen Therapie, Endourologie und Uro-radiologie

Verfahren	Entwicklungsschritt	Autor	Effekt
Transurethrale Resktion der Prostata und Blasé (TURP/B)	Niederdrucktrokar	Reuter 1974	Weniger Blutverlust
	Dauerspülresektoskop	Iglesias 1975	Geringeres Risko der Einschwemmung
	Video-TUR	Faul 1993	Bessere Ergonomie und Training
	Bipolare TUR	Rassweiler 2007	Kein TUR-Syndrom
	En-bloc TUR B	Kramer/Herrmann 2015	Besseres Staging
	Laserenukleation	Gilling/Kuntz 2004	Weniger Blutverlust und OP-Zeit
	Robotische Aqua-ablation	Gilling/Bach 2016	Automatisierte TUR
Ureterorenoskopie (URS) Retrograde Intrarenale Chirurgie (RIRS)	Ureteroskopie	Lyon 1979	Diagnostik
	Semi-rigides URS	Perez-Castro / Reuter	Effektive Steinbehandlung
	Flexible URS	Aso/Bagley/Fuchs	Steinbehandlung in der Niere
	Robotische URS	Saglam/Rassweiler	Bessere Ergonomie
Perkutane Nephrolithotomie (PCNL)	Teleskop-Set	Alken 1981	Stufendilatation des Zugangs
	Ultraschallbohrer	Alken 1981	Steindeintegration und-absaugung
	Elektrohydraulische Lithotripsie	Wickham / Reuter 1981	Effektive Steindeintegration
	Mini-PNL	Lahme /Desai 2001	Geringeres Zugangstrauma
Extrakorporale Stosswellenlithotripsie	HM1-Lithotriptor	Chaussy 1989	Erste Behandlung am Menschen
	HM3-Lithotriptor	Eisenberger/Fuchs 1984	Erstes Seriengerät
	ESWL und PCNL	Miller 1985	Erweiterung der Indikationen
	ESWL für distalen Ureterstein	Rassweiler/Miller 1986	Erweiterung der Indikationen
Embolisation	Nierenembolisation	Kauffmann/Richter/Sommerkamp 1984	Palliative Nierentumorembolisation
	Superselektive Nierenembolisation	Gianturco / Wallace 1981	Präooperative Nierentumorembolisaton Behandlung von AV-Fisteln

Material und Methoden

Basierend auf persönlichen Erfahrungen mit minimalinvasiven Verfahren in der Urologie seit Ende der 70er Jahre haben wir eine historische Analyse der Literatur durchgeführt mit dem Ziel, die wesentlichen Meilensteine der Minimal-Invasiven Therapie in der Urologie herauszuarbeiten. Daraus soll die gegenwärtige Situation der Minimal-invasiven Therapie in der Urologie skizziert und Perspektiven für die nächsten Jahre aufgezeigt werden.

Transurethrale Techniken

Die Weiterentwicklung der transurethralen Techniken umfasste drei Aspekte: (i) die Verbesserung der Hochfrequenzgeneratoren, (ii) die Entwicklung der Niederdruckresektion und – resektoskope sowie (iii) die Einführung der Video-TUR bis hin zur heutigen HD- oder Ultra-HD-technologie ([Abb. 1]).

Abb. 1 Entwicklungsschritte der transurethralen Therapie [rerif] a Einsatz der Videokamera (Kinematographie) zu Lehrzwecken (modifiziert nach Reuter). b Video-TUR nach Faul mit kleinem Satelliten-Monitor über dem Patienten. c HD-Video-TUR mit 26 Zoll-Monitor über dem Patienten. d Unterschiedliche Modifikationen für eine bipolare TUR (Quelle: Rassweiler J, Schulze M, Stock C et al. Bipolar transurethral resection of the prostate ‐ technical modifications and early clinical experience. Minim Invasive Ther Allied Technol. 2007; 16: 11 – 21; © SMIT – Society for Minimally Invasive Therapy, reprinted by permission of Taylor & Francis Ltd, http://www.tandfonline.com on behalf of SMIT – Society for Minimally Invasive Therapy).

Verbesserung der Hochfrequenzgeneratoren

In den 70er Jahren wurde die Resektoskope und vor allem die Hochfrequenzgeneratoren durch den Einsatz der Transistortechnologie gegenüber der vorherigen Röhrentechnologie entscheidend verbessert, da nun eine automatische Regulierung des Stromflusses ermöglicht wurde (z. B. Autocon 360, Karl Storz, Tuttlingen) [1]. Anfang des Milleniums kam die Entwicklung der die bipolare HF-technik hinzu [2]. Die monopolare Elektroresektion erfolgt mit hochfrequenten Schneidestrom bei einer Leistung von maximal 200 Watt. Dies wird durch einen Mikroprzessor während der Aktivierung der Schlinge im Gewebe gesteuert, wofür eine nicht-leitende hoch-ohmige Spülflüssigkeit (z. B. Glycin-Mannit-Gemisch; Purisole, Kabi-Fresenius) benötigt wird [1] [3]. Dadurch kommt es zu einem direkten Eintritt der Stromenergie ins Gewebe mit Ableitung über die Elektrode. Bei der bipolaren Technik ist initial eine höhere Leistung erforderlich (bis zu 400 W), da hier bei der Passage durch die leitende Spüllösung (0,9 % NaCl) ein Lichtbogen mit enstprechender Vaporisation (Plasma) entstehen muss. Erst dann kann die Schlinge in das Gewebe eindringen. Sobald die Schlinge schneidet wird die HF-Leistung auf Werte zwischen 90 und 120 W heruntergeregelt [2] [3]. Neueste HF-Generatoren erreichen dies so, dass der Urologe dies nicht mehr als Verzögerung wahrnimmt. Entscheidender Vorteil der bipolaren Technik ist das Vermeiden des klassischen TUR Syndroms mit hypertoner Hyperhydratation [4] [5].

Entwicklung der Niederdruckresektion

Bis heute kann man noch die Anwendung der Hocdruckresektion bei älteren Urologen beobachten: Die Resektion erfolgt unter Spülstrom bis die Blase voll ist und keine guten Sichtverhältnisse mehr gegeben sind. Naturgemäß führt dies zu einem hohen Anstieg des intravesikalen Druckes, was mit einem höhren Risiko der Einschwemmung von Spülflüssigkeit (TUR-Syndrom) assoziert ist. Schon Ende der 60er Jahre wurde von Reuter ein suprapubisches Trokarsystem vorgestellt, was eine Resektion unter konstanten Druckverhältnissen ermöglichte [6]. Igelesias hat Anfang der 70er Jahre dann das Niederdruck-Resektoskop mit kontinuierlichem Spülstrom publiziert, was sich inzwischen durchgesetzt hat [7].

Entwicklung der Video-TUR und Video-technologie

Schon früh hatten Reuter und Mauermayer zu Schulungszwecken Kamerasysteme auf die Optik des Resektoskops gesetzt, was die Handhabung des Instruments aber stark beeinträchtigte [6] [8] Dies war auch bei den üblicherweise zur Schulung aufgesetzten Gliederoptiken der Fall. Mit Verbesserung der Video-technologie – insbesondere im Rahmen der Einführung der Laparoskopie – gelang es Faul ein praktikables System zur Video-TUR vorzustellen [9]. Inzwischen hat sich die Video-technologie im gesamten Bereich der Endourologie durchgesetzt. Hier kommt in den letzten Jahren die Einführung der HD-technologie hinzu [10]. Dies ermöglicht eine bessere Auflösung und Vergrößerung des Operationsfelds bis hin zu einem quasi-3D-effekt. Der Operateur arbeitet vor einem 28-zoll-HD-Flachbildschirm mit Wide View (16:9) im Vergleich zu den früher üblichen 13-zoll-Röhrenmonitoren (4 : 3), was bei besserer Bildschärfe einer Vergrößerung um den Faktor 4 entspricht ([Abb. 1]).

Aktuelle Situation der transurethralen Therapie

Die bipolare Resektiontechnik setzt sich zunehmend durch, insbesondere wegen des niedrigeren Riskos eines TUR-Syndroms. Allerdings haben sich die Resektionstechniken weiterentwickelt. Einseits wird für oberflächliche Blasentumoren zunehmend die sogenannte en-bloc Resektion des Tumors durchgeführt, wofür sich eine abgewinkelte Schlinge sehr gut eignet. Wesentlicher Vorteil ist dabei, die bessere Defintion der Resektionstiefe. Theoretisch sollte auch das Risko einer Tumorzellverschleppung erniedrigt werden. En-bloc Resektionen können auch mittels Laser oder hydraulischer Ablationstechnik (Water-jet) durchgeführt werden [11] [12].

Eine weitere Ergänzung der Resektionstechnik ist die bipolare Enukleation des Prostata-adenoms analog zur Laserenukleation mit dem Holmium-YAG oder Thulium-YAG-laser [13] [14]. Dafür werden keilförmige Resktionskissen verwendet, die sowohl mechanisch als auch elektrothermisch zur Ausschälung des Adenoms nutzbar sind. Anschließend wird das Präparat in der Blase mittels modifizierter Arthroskopie-shaver morcelliert. Die transurethrale Enukleation ist dabei, bei größeren Prostaten die TURP zu ersetzen. Im wesentlich wegen der kürzeren Operationszeiten und dem niedrigen Blutverlust [13].

Roboter in der transurethralen Therapie

Schon 1989 hatte die Gruppe um John Wickham einen Roboter zur Durchführung einer transurethralen Prostataresektion vorgestellt [15]. Hierbei erfolgte die Morcellation der Prostata von innen mittels eines Gewebeverflüssigers. Auf Grund massiver Komplikationen (Kapselperforration, Gefäßverletzung) wurde das Projekt eingestellt. 2015 stellte Gilling das Konzept der transurethralen Aquaablation der Prostata vor [16]. Hierbei handelt es sich nicht um ein Master-Slave-System, sondern die Gewebeverflüssigung erfolgt autonom durch Hydrodissektion mit einem adaptierbaren Wasserstrahl. Hierfür werden die TRUS-daten zur individuellen Berechnung der Ablation eingesetzt. Das Gerät wird bei 12 Uhr am Blasenhals plaziert und kann von dort Prostatagewebe in einem Winkel von maximal 210° hydrodissezieren. Die Ablationstiefe reicht bis maximal 3 cm und wird in der Nähe des Kollikels deutlich reduziert. Hiermit sind Ablationsraten von bis zu 5 g Prostatagewebe pro Minute möglich [17] [18]. Bach et al. haben inzwischen auch Erfahrungen aus Deutschland bei über 100 Patienten publiziert [17]. Außerdem bestehen erste experimentelle Ansätze mittels Master-Slave-Systemen eine transurethrale Resektion von Blasentumoren durchzuführen [19]. Allerdings sind diese Systeme noch nicht ausgereift.

Interventionelle Uro-Radiologie

Das Ende der siebziger Jahre war außerdem geprägt von einer intensiven Kooperation zwischen Radiologen und Urologen auf dem Gebiet der interventionellen Uro-Radiologie. Als Beispiele sind die Nierentumorembolisation (präoperativ oder palliativ), die superselektive Nierenarterienembolisation aber auch die perkutane Nierenzystenpunktion und perkutane Nephrostomie zu nennen [20] [22]. In dieser Zeit waren zahlreiche Urologen ebenfalls versiert in der Nierenangiografie, die beispielsweise beim Nierentrauma zu diagnostischen Zwecken eingesetzt wurde [23]. Operativ wurden Ballonkatheter zur In-situ-perfusion der Niere vor komplizierter Steinchirurgie eingesetzt [24].

Während die perkutanen Techniken nahezu komplett von den Deutschen Urologen mittel Ultraschall und Röntgendurchleuchtung übernommen wurden [25], blieb die Embolisation in den Händen der Radiologen. Ansätze einer kapillären Embolisation zur transarteriellen Nephrektomie auch bei benignen Erkrankungen wurden von der laparoskopischen Nephrektomie überholt [26] [27] [28]. Die Chemo-embolisation von Nierentumoren hat sich ebenfalls nicht durchgesetzt [29] [30], wird aber inzwischen beim hepatozellulären Karzinom erfolgreich angewandt. Demgegenüber hat die superselektive Nierenarterienembolisation insbesondere bei Blutungskomplikationen nach perkutaner und laparoskopischer Nierenchirurgie immer noch einen hohen Stellenwert [31] [32] [33]. In jüngster Zeit ist die Prostataembolisation zur Behandlung der benignen Prostataobstruktion hinzugekommen [34]. Außerdem spielt die CT-gesteuerte Radiofrequenzablation kleinere Nierentumore eine zunehmende Rolle bei der Behandlung von Nierenzellkarzinomen im Stadium T1a [35].

Endourologie

Die 80er Jahre waren vor allem durch die revolutionäre Änderung der Steintherapie mit Etablierung der Endourologie geprägt. Parallel wurden zum einen radiologische Techniken (Seldinger-Technik) zum perkutanen Zugang zum Nierenhohlysystem eingesetzt, die endoskopische Exploration des oberen Harntraktes durch entsprechende Miniaturisierung des Instrumentariums vorangetrieben, aber auch das Prinzip der berührungsfreien Nierensteinzertrümmerung zur klinischen Reife gebracht. Viele dieser Entwicklungen gingen von Deutschland aus: Alken standardisierte den perkutanen Zugang [25], Reuter bot Perez-Castro die Möglichkeit zur Ureterorenoskopie [36] [37], und Chaussy behandelte in München die ersten Steinpatienten am Dornier HM3 mit ESWL [38].

Die Geschichte der ESWL

Bereits Anfang der 70er Jahre führte die Arbeitgruppe um Häusler erste in-vitro-Versuche zur Nierensteinzertrümmerung unter Verwendung eines piezo-elektrischen Systems in Homburg durch die aber wegen fehlender Unterstützung durch CE Alken abgebrochen wurden [39]. Basierend auf Erfahrungen aus der Luftfahrttechnik entwickelte Dornier Systems nahezu parallel eine Leichtgaskanone mit der eine in-vitro Zertrümmerung von Nierensteinen gelang. Dies führte zu eine langfristigen Kooperation mit der Ludwig-Maximilian Universität München. Hier führte die Arbeitsgruppe um Chaussy und Eisenberger zahlreiche experimentelle Untersuchungen zu biologischen Wirkung der Stosswelle bis hin zur erfolgreichen Destruktion implantierter Nierensteine im Hundemodell durch [40] [41]. Am 7. Februar 1980 wurde der erste Patient am Klinikum Grosshadern erfolgreich mit ESWL behandelt [38].

Erst im Oktober 1983 wurde in der Urologischen Klinik des Katharinenhospitals Stuttgart der zweite Lithotriptor installiert [42]. Die folgenden Jahre waren vom Siegeszug der ESWL weiltweit geprägt, während zunächst die endoskopischen Alternativen (URS, PCNL) in den Hintergurnd traten ([Abb. 2]), umso mehr als auch Harnleitersteine erfolgreich behandelt werden konnten [43] [44] [45]. Allerdings wurde schon früh die Kombination von ESWL und Endourologie insbesondere für die komplizierte Nephrolithiasis propagiert, wodurch die offene Steinchirurgie weiter zurück gedrängt wurde [46] [47] [48].

Abb. 2 Historie der Extrakorporalen Stosswellenlithotripsie (ESWL) a In vitro-Versuche am Unterwassermodell (Chaussy, Eisenberger, Forssmann) und der erste klinisch eingesetzte Lithotriptor Dornier HM1 b Erstes Serienmodel Dornier HM3 c Bauchlagerung zur Behandlung von mittleren und distalen Harnleitersteinen (J.R.) d Extrakroporale niederenergetische Stosswellentherapie (ESWT) zur Behandlung von Induratio penis plastica (IPP) und Erektiler Dysfunktion (Quelle: STORZ MEDICAL AG, Tägerwilen, Schweiz)

Die nächste „Entwicklungsstufe“ der ESWL umfasste in den 90 iger Jahren die Einführung neuer Geräte (Lithotriptoren der 2. und 3. Generation). Durch den Ersatz des Wasserbad durch Koppel-ballonsysteme wurde die Integration der ESWL in multifunktionelle endourologische Arbeitsplätze ermöglicht, teilweise auch mit zusätzlicher Ultraschallortung [49]. Die größeren Aperturen der Stosswellengeneratoen (elektromagnetisch, piezoelektrisch) ermöglichten eine schmerzarmere Applikation (z. B. in Analgesie). Allerdings führte dies langfristig zu schlechteren Desintegrationsergebnissen und einer etwa 20 % höheren Wiederbehandlungsrate [50] [51].

Aktuelle Situation der ESWL

Das sich ändernde Spektrum der Steinpatienten mit einer extremen Steigerung der symptomatischen Harnleitersteine führte zu einem kontinuierlichem Abfall der ESWL-Behandlungszahlen [52]. Ureterkonkremente werden überwiegend mittels Einlage einer DJ-Schiene notfallmäßig behandelt. Bei Entfernung der Schiene kann dann der Stein mittel URS entfernt werden. Bei kleineren Nierensteinen ermöglicht die flexible Ureterorenoskopie eine Desintegration des Konkrements mittels Laserlithotriopsie (intrakorporale Stosswellenlithotripsie = LISL) unter Sicht. Trotz jüngster Entwicklungen zur Verbeserung der Ankopplungstechnik und experimenteller Testung von Burst-Stosswellen, konnte dieser Abwärtstrend der ESWL bisher nicht aufgehalten werden [53] [54]. Die Stosswellentechnolgie wird allerdings zunehmend zur Extrakorporalen Stosswellentherapie bei Induratio penis plastica (IPP) oder Erektiler Dysfunktion (ED) eingesetzt [55] [56] ([Abb. 2 d]).

Geschichte der Endourologie

Basierend auf ersten klnischen Versuchen der Nephroskopie über offen-operativ gelegte Nephrostomiekanäle und einer intensiven Kooperation mit dem Radiologen Rolf Günther entwickelte Peter Alken eine sichere und effektive perkutane Zugangstechnik zur Niere [25] ([Abb. 3]). Auch John Wickham in Zusammenarbeit mit dem Radiologen Michael Kellet gelang eine ähnliche Technik [57]. Miller und Eisenberger erweiterten das Spektrum der PCNL durch die Kombination mit der ESWL, was erstmals die erfolgreiche minimalinvasive Behandlung von kompletten Ausgußsteinen ermöglichte [46] [47].

Abb. 3 Entwicklungsschritte der perkutanen Nephrolithotomie (PCNL) a Teleskopbougie-set nach Alken. b Perkutane Ultraschall-lithotripsie (modifiziert nach Eisenberger, Miller, Rassweiler). c Mini-PCNL unter Verwendung eines Kompakt-ureteroskops (Peter Alken). d Mini-PCNL-Set (KARL STORZ SE & Co. KG).

Nächste Schritte waren Anfang dieses Milleniums die zunehmende Miniaturisierung des PCNL-Instrumentariums bis hin zur Mikro-PCNL mit der sehenden Punktionsnadel („seeing needle“) von Mahesh Desai vorgestellt [58] [59] [60] [61]. Gegenwärtig werden unterschiedliche Methoden eines navigierten Zugangs zur Niere evaluiert. Zwar hat sich vor allem die Kombination von Ultraschall und Röntgenortung klinisch bewährt [33]. Das Verfahren kann aber manchmal recht anspruchsvoll sein. Roboter-assistierte Verfahren mittels Durchleuchtungs-/CT-geführtem Arm haben sich nicht durchgesetzt. [62] [63]. Hier bietet sich inzwischen die Virtuelle Realität mit Ihren unterschiedlichen Navigationstechniken an [59] [64]. Markerbasiert kann die Nierenanatomie mit dem iPAD dargestellt werden [65] [66] und das Dyna-CT ermöglicht quasi in Echtzeit eine dreidimensionale Darstellung des Hohlsystems als Basis einer laser-assistierten Punktion [67]. Am vielversprechendsten scheint hier die Elektromagnetische Navigation der Punktionsnadel über einen mit dem flexiblen Ureteroskop eingebrachten Sensors zu sein. Damit ist eine exakte Punktion des gewünschen Kelchs möglich [68]. Dieses Verfahren ist kurz vor der klinischen Einführung.

Zeitgleich entwickelte sich auch die Ureterorenoskopie (URS). Hatten die ersten Ureteroskope noch eine Außendurchmesser von 12 – 14 Ch, so wurde bald schon das 9.5 Ch-messende semi-rigide Ureteroskop von Perez-Castro vorgestellt [37]. Grundlage des erfolgreichen Einsatz des miniaturisierten Instrumentariums war die Implentierung der Lasertechnologie zur intrakorporalen Lithotripsie. Hier hat sich der Holmium-YAG-laser gegenüber zahlreichen anderen Laserarten (Dye-laser + /- Steinerkennung, fokussierender Neodym-YAG-laser, Alexandritlaser) durchgesetzt [69] [70] [71].

Aktuelle Situation der Endourologie

Im letzten Jahrzehnt hat die Miniaturisierung und die digitale Videotechnologie zur Dominanz der endourologischen Techniken über die ESWL geführt [52] [72] [73]. Auch mit flexiblen Ureterorenoskopen kann heutzutage unter optimaler Bildqualität der Stein lokalisiert und entsprechend behandelt werden [74]. Hier hat sich auch die Lasertechnik entscheidend weiterentwickelt: Anders als beim früheren „Smash&Go“ wird eine steinadaptierte Laserbehandlung durchgeführt bestehend aus der oberflächlichen Pulverisierung („dusting“), der systematischen Desintegration in extrahierbare Fragmente oder einer intrakorporalen Lithotripsie unter Nutzung des Jakuzzi- oder Whirlpooleffekts mit Verwirbelung der Desintegrate vor der Spitze der Laserfaser („Popcorning“). Hier ist auch die Weiterentwicklung der akkzessorischen Instrument wie Harnleiterschleuse oder Fangkörbchen aus Nitinol zu erwähnen [75].

Roboter für die Endourologie

Zuletzt kam für die flexible URS noch der Einsatz von Master-Slave Robotersystemen hinzu.

Das Sensei-Magelan-System wurde für kardiologische oder angiografische Interventionen konstruiert. Es ermöglicht die Steuerung einer Hülse, die als Schiene für einen intravasalen Katheter dient. 2011 haben Desai und Mitarbeiter das System zur roboter-assistierten flexiblen Ureteroskopie eingesetzt [76]. Für die robotische Ureterorenoskopie wurde ein 7,5 Ch-flexibles Ureteroskop in die Hülse eingeführt und dort fixiert. Damit konnte das Instrument passiv bewegt werden. Nach 18 Pilotfällen wurde das Projekt wieder eingestellt, da keine aktive Bewegung des flexiblen Ureteroskops möglich war.

Avicenna Roboflex (Elmed) wurde speziell für die flexible Ureteroskopie entwickelt [77] [78]. Über eine offene Konsole mit zwei speziell konfigurierten Joy-sticks wird das Endoskop gesteuert. Über Touchscreen kann auch die Laserfaser bewegt und die Spülung aktiviert bzw. graduiert werden. Das endoskopische Bild wird direkt auf integriertem 2D-HD-Bildschirm dargestellt. In den robotischen Arm wird das Handstück des flexiblen Ureteroskops eingelegt. Hierfür stehen vier verschiedene Passformen für die digitalen Instrumente der wesentlichen Hersteller zur Verfügung. Das Ureteroskop wird durch Stabilisatoren bis zum Meatus fixiert. Der Manipulator setzt alle Bewegungen (Horizontal, vertikal, Rotation, Deflexion) um. Wir haben das System bisher bei weit über 250 Patienten erfolgreich eingesetzt. Der Vorteil liegt vor allem in der besseren Ergonomie für den behandelnden Urologen, was sich vor allem bei komplizierten Fällen (Steine über 10 mm, multiplen Steinen) auswirkt.

Außerdem gibt es neue Ansätze, den Monarch-Roboter (Auris Health), der für die Bronchoskopie entwickelt wurde, auch für endourologische Indikationen einzusetzen [79] [80]. Hierfür wird speziell ein robotisches Ureteroskop entwickelt. Gleichzeitig soll mit dem Gerät auch ein perkutaner Zugang zur Niere möglich werden.

Laparoskopie

Die Laparoskopie ist die logische Weiterentwicklung der Endoskopie. Kelling benutzte schon 1901 das Zystokop von Nitze, um bei Tieren eine Peritoneoskopie durchzuführen [81]. Doch erst 1983 gelang dem Gynäkologen Kurt Semm eine laparoskopische Appendektomie [82]. Entscheidend für den Durchbruch der Laparoskopie waren die von Semm entwickelten Insufflatortechnologie und die Fortschritte der Videotechnologie, womit ein video-assistiertes Operieren möglich wurde ([Tab. 2]).

Tab. 2 Die wesentlichen Entwicklungen in der Laparoskopie und robotischen Chirurgie

Verfahren	Entwicklungsschritt	Autor	Effekt
Laparoskopische Nephrektomie	Erste transperitoneale Nephrektomie mit Morcellation der Niere	Clayman 1991	Weniger Blutverlust Weniger Schmerzen
	Retroperitonoskopische Nephrektomie	Gaur 1992	Einfacher Zugang
Laparoskopische radikale Prostatektomie	Erste transperitoneale radikale Prostatektomie	Guillonneau/Vallancien 2000	Weniger Blutverlust Weniger Schmerzen
	Extraperitoneal radikale Prostatektomie	Stolzenburg 2003	Einfacher Zugang
Roboter-assistierte radikale Prostatektomie	Erste radikale Prostatektomie	Binder 2001	Bessere Ergonmie
	Standardeingriff	Menon 2002	Trainingsprogramm auch für Nicht-Laparoskopiker
Roboter-assistiertem Single-Port radikale Prostatektomie	Mit SP 1089	Kaouk 2018	Erste Behandlung am Menschen

In der Urologie berichteten Cortesi schon 1976 über die laparoskopische Exploration bei Kryptorchismus [83]. Der Durchbruch stellte jedoch die transperitoneale laparoskopische Nephrektomie durch Clayman dar [84]. Diese beeinflusste weltweit zahlreiche Endourologen dieses technisch anspruchsvolle Verfahren einzusetzen [85].

Gaur fügte 1992 noch die Retroperitoneoskopie als Zugangsvariante hinzu [86] [87]. Allerdings war das Indikationspektrum begrenzt, da anfangs nur benigne Nephropathien operiert wurden („a nice procedure looking for an indication“). Nächster Meilenstein war die erfolgreiche Einführung der radikalen Prostatektomie durch Guillonneau und Vallancien im Jahr 1999, womit endlich eine zahlenmässig relevante Indikation vorlag [88]. Auch in Deutschland wurde diese Operation von zahlreichen Kliniken erfolgreich eingeführt [89] [90].

Nachteile der Laparoskopie liegen in der eingeschränkten Arbeitsergonomie des Operateurs, die zeitweise kaum ein entspanntes Arbeiten ermöglicht: idealerweise mit leicht angewickelten Armen, leicht gesenktem Blick auf den Monitor in gleicher Richtung wie das Arbeitsfeld. Hinzu kommt noch die einseitige Fussbelastung bei Anwendung der Pedale für Koagulation oder Aktivierung von Ultraschalldissektoren. Hierfür wurde mit dem ETHOS-chair eine konzeptionelle Platform entwickelt mit einer adjustierbaren Bruststütze, Fuss- und Armstützen. Auf die Fußstützen werden dann die entsprechenden Pedale für Koagulation fixiert. Der Sitz kann elektromotorisch außerdem horizontal und vertikal bewegt werden [91]. Wir setzen das System vor allem bei retroperitoneoskopischen Eingriffen wie der Nierentumorexzision oder Pyeloplastik ein [92] [93]. Andere Systeme, wie LaparaSurgical befinden sich noch im Entwicklungsstadium [80] [94].

In Zukunft sind wohl auch Hybridsysteme erwarten, die Komponenten der Robotik direkt an den Operationstisch bringen. Solche Lösungen wären sicher deutlich kostengünstiger als Konsolen-basierte Robotersysteme. Letztere bieten allerdings bisher deutlich bessere Technologien zur Umsetzung rekonstruktiver laparoskopische Techniken an [80].

Robotische Chirurgie in der Urologie

Vor allem die technischen Schwierigkeiten der Nahttechnik stellten ein wesentliches Hemmnis für die Verbreitung der Laparoskopie dar. Dies änderte sich mit der Einführung der Robotertechnik für die radikale Prostatektomie im Jahr 2001 durch Binder [95] [96]. Gerhard Buess und Marc Schurr führten schon 1996 am Kernforschungszentrum Karlsruhe mit dem Master-slave-system ARTEMIS [22] erste Experiment durch [97]. 1999 stellten dann die amerikanischen Firmen Computer Motion (ZEUS) und Intuitive Surgical (Da Vinci) erste klinische Erfahrungen auf dem Gebiet der Herzchirurgie unteranderem am Herzzentrum in Leipzig vor [98] [99]. Dabei erwies sich das Da Vinci-System als qualitativ besser mit einer geschlossenen Konsole und 3D-Bild, schlaufengeführten Instrumenten mit 7 Freiheitsgraden und einem Kupplungsmechanismus zur Optimierung der Arbeitsposition der Hände des Operateurs ([Abb. 4]). Das technisch weniger ZEUS-System ermöglichte allerdings eine transatlantatische laparoskopische Cholezytektomie durch Marescaux [100]. Es dauerte aber dann bis ins Jahr 2006, dass Mani Menon mit einem subventionierten Trainingsprogramm die roboter-assistierte radikale Prostatektomie in den USA und später auch weltweit etablieren konnte [101]. Die nächsten Jahre waren dann von der Monopolsituation von Intutive Surgical nach Übernahme von Computer Motion im Jahr 2003 geprägt [102]. 2019 sind wesentliche Patente bezüglich klinisch relevanter Systemkomponenten ausgelaufen, so dass inzwischen zahlreiche Firmen weltweit Konkurenzprodukte zum Da Vinci-system entwickelt haben. Allerdings werden sich diese Neuentwicklungen am aktuell hohen Standard von Intuitive Surgical messen müssen.

Abb. 4 Da Vinci 2000 zur roboter-assistierten radikalen Prostatektomie a Drei Roboterarme und Konsole, nur monopolarer HF-strom. b Trokaranordnung mit zwei medialen Hilfs-trokaren für die Assistenz. c Anordnung der Assistenten während des Eingriffs (zur Retraktion, Saugung, biplarer Koagulation, Clipapplikation) d Endoskopisches Bild (3D-CCD) bei der Apexpräparation mit bipolarer Koagulation durch Assistenten.

Da Vinci XI – State-of-the-art

Basierend auf dem Konsolen-design des Da Vinci SI wurde das Robotersystem vor allem im Manipulatorbereich weiterentwickelt. Optional besteht die Möglichkeit einer zweiten Konsole, die allerdings meist nur zum Training genutzt wird. Außerdem können externe Videosignale (Ultraschall, CT) in den Bildschirm der Konsole integriert werden und das Videsystem besitzt die Möglichkeit der Fluoreszenzdiagnostik mit Isocyanin-grün. Das komplett überarbeitete Konzept der vier Roboterarme ermöglicht die Plazierung der 8mm-Stereo-optik von allen 4 Arbeitstrokaren. Die 30°-Optik kann automatisch von der Konsole aus gedreht werden, was sehr hilfreich bei Eingriffen im kleinen Becken ist (z. B. Sakrokolpopexie). Außerdem besteht in Verbindung mit dem OP-tisch von Trumpf Medical die Möglichkeit den Tisch intraoperativ bei liegenden Trokaren zu bewegen [80].

Alternative Roboter für die Laparoskopie

In der Zwischenzeit wurden mehrere Robotersysteme entwickelt die teilweise kurz vor dem klinischen Einsatz stehen. Allerdings ist gegenwärtig das Senhance (Transenterix, USA), das einzige Alternativgerät auf dem Markt. Es besteht aus einer offenen Konsole mit einem Brillen-gestützten 3D-HD-videosystem. Der Operateur sitzt auf einem Stuhl mit Armlehne und direkten Blick auf den 3D-Monitor. Die Kontrolle der Optik erfolgt über die Augen- und Kopfbewegung (Eye-tracking), was gewöhnungsbedürftig ist. Der Chirurg benützt Handgriffe ähnlich wie bei der konventionellen Laparoskopie mit taktilem Feedback. Damit werden in erster Linie laparoskopische Instrumente bedient mit nur 5 Freiheitsgraden. Nadelhalter mit 7 Freiheitsgraden entsprechen dem Radius-System (Tuebingen Scientific, Deutschland), wobei die Handhabung durch die Armlehne erleichtert ist. Die Laparoskopie-Handgriffe werden über einen Fusspedal aktiviert. Üblicherweise werden drei Roboterarme eingsetzt, die auf einzelnen Wägen montiert sind [103].

In Seoul wurde Revo I (Meerecompany) entwickelt: das inzwischen klinisch exklusiv in Korea eingesetzte System ähnelt stark den Da Vinci-Systemen [104]. Das von Avateramedical in Jena produzierte System verwendet eine geschlossene Konsole bei der das 3D-HD-Videobild mittels Mikroskoptechnik über zwei Okkulare realisiert wird. Es besitzt Fusspedale für die Steuerung von Koagulation und ein seitengtrenntes Kupplungssystem, das über die Handschlaufen gesteuert wird. Vier Roboterarme sind auf einem Wagen angeordnet [105].

Alle anderen Systeme wie das Hugo (Medtronic / DLR; USA / Deutschland), Taurus (Verb Surgical, USA) oder Versius (Cambridge Medical Robotics; Vereingtes Königreich) sind weder tierexperimentell noch klinisch vorgestellt worden [18] [80] [102] [105].

Alternative Systeme für die Single-Port-Chirurgie

Auch wenn sich die Single-Port-Chirurgie in der Urologie nicht durchgesetzt hat, könnte das Verfahren für selektive Indikationen (Pyeloplastik) interessant sein. Bisher ist in der Urologie nur die SP 1098-platform (Intuitive Surgical, USA) eingesetzt worden (perineale Prostatektomie, SP-Prostatektomie). Die Steuerung der Platform erfolgt über eine modifizierte geschlossene XI-Konsole mit einem zusätzlichen Fusspedal zur individuellen Kontrolle der Optik. Alle vier integrierten flexiblen Arme lassen sich mi Handkupplung über die Schlaufen bewegen. Auch hier ist die Aktivierung des vierten Armes einfach möglich. Es wird eine 3 D/HD-Videotechnik mit kleinerer Optik eingesetzt. In der Hülse mit 21 mm Außendurchmesser sind drei Teleskop-artige Arme mit Gliedergelenken sowie eine Optik integriert [106] [107].

SPORT (Titan Medical, Kanada) wurde erstmals 2016 vorgestellt. Es wird eine offene Konsole mit 3D-Brillen-Videotechnologie und Fusspedalen eingesetzt. Operateur sitzt auf integriertem Stuhl mit Armlehne. Steuerung der beiden Instrumente mit Schlaufentechnologie. In der Hülse mit 21 mm Außendurchmesser sind zwei flexible Instrumente und die beweglich Optik integriert. Nach tierexperimentelle Erfahrungen mit der partiellen Nephrektomie und Cholezystektomie liegen zuletzt auch Erfahrungen an der Leiche mit der radikalen Prostatektomie vor [108].

Diskussion

Die Erfolgsgeschichte der minimalinvasiven Urologie

Es ist bemerkenswert, wie stark die minimalinvasive Chirurgie (MIC) die operative Urologie in den letzten 50 Jahren verändert hat. MIC profitiert dabei von einer Vielzahl von technischen Erneuerungen, insbesondere von der digitalen Revolution ([Tab. 1]). In erster Linie ist hier die Entwicklung der Videotechnologie beschleunigt durch die Unterhaltungsindustrie zu nennen. Dies ermöglicht ein entspanntes Arbeiten vor dem entsprechenden Monitor, der gleichzeitig optimal für Trainingszwecke eingesetzt werden kann. Mit dem Full-HD ist hier vor allem im transurethralen Bereich eine Bildqualität erreicht, die für alle wesentlichen Eingriffe ausreicht. Es erscheint fraglich ob die 4K-Technologie mit entsprechend dimensionierten Bildschirm weitere Vorteile bringen wird.

Elektrophysiologie und Lasertechnik haben ebenfalls entscheidend zum Erfolg der Endourologie beigetragen. Bipolare HF-schlingen und – vaporisationssonden haben das Blutungsrisiko und Einschwemmungsrisiko der TUR entscheidend reduziert. Lasersonden haben eine Miniaturisierung der Ureteroskope und Nephroskope unter Erhalt einer effektiven intrakorporalen Laserlithitripsie ermöglicht.

Perspektiven der Laparoskopie und Robotik

Die Videotechnik war auch die Grundlage für die Etablierung der Laparoskopie zusammen mit der Insufflatortechnologie. Hier konnte schließlich gezeigt werden, dass fast das gesamte Spektrum der offen-operativen Urologie laparoskopisch umgesetzt werden konnte, der eigentliche Durchbruch der Laparoskopie erfolgt jedoch mit dem Einsatz der robotischen Master-Slave Systeme. Dies liegt vor allem an der eindeutig besseren Ergonomie für den Chirurgen im Vergleich zur klassischen Laparoskopie, welches eine breite Umsetzung der minimalinvasiven Chirurgie mit den bekannten Vorteilen (Reduktion des Akzesstraumas, geringes Blutungsrisiko) ermöglicht. Hinzu kommt die überlegene Nahttechnik mit praktisch eliminiertem Risiko einer Anastomosenstriktur. Ein gutes Beispiel ist die erfolgreiche Einführung der roboter-assistierten Lebendnierenspende [109].

Allerdings gibt es auch weiterhin klare Indikationen für die klassische Laparoskopie, insbesondere was ablative Eingriffe anbelangt. Hinzu kommt die Tatsache, dass auch für die Laparoskopie zahlreiche Entwicklungen zur Verbesserung der Ergonomie, wie der ETHOS-chair vorliegen. vom In diesem Zusammenhang spielt die 3D-Videotechnolgie nur eine untergeordnete Rolle, da der Helligkeitsverlust immer noch erheblich ist. Allerdings kann sich dies mit dem Einsatz der Primentechnologie für 30°-Optiken (Olympus, Hamburg) beziehungsweise die Verwendung von 3D-Monitoren (Realvision, Sesto Calende, Italien).

Hohen Investitions- und Unterhaltskosten behinderten in den letzten Jahren die weitere Verbreitung der Da Vinci-systeme. Das Auslaufen der Patentrechte im Jahr 2019 hat schon heute zu einer Dynamik auf dem Robotermarkt geführt. Dennoch hat Intuitive Surgical die Latte für zukünftige Generation chirurgischer Roboter sehr hoch gelegt. Dies gilt auch für die enorme Belastbarkeit der Da Vinci-Systeme. Wichtig ist hier, welche Prinzipien (Art der Konsole, Steuerung von Kamera und Instrumenten, Anordnung der Roboterarme) sich langfristig durchsetzten werden.

Welche Rolle der Single-Port-Roboter in der Urologie spielen wird bleibt unklar. Kaouk und Mitarbeiter konnten die Da Vinci SP 1098-platform^R bei einer laparoskopische und perinealen radikalen Prostatektomie einsetzen und Eric Barret gelang mit dema SPORT^R eine Single-Port radikalen Prostatektomie an der Leiche [106] [107] [108]. Dennoch bestehen bestehen hierbei noch signifikante ergonomische Grenzen.

Perspektiven der Robotersysteme für die transurethrale Chirurgie

Demgegenüber sehen wir die Perspektiven der robotischen flexiblen Ureterorenoskopie sehr positiv. Sicherlich kann ein erfahremer Endourologe auch ohne Roboter gute Ergebnisse erzielen, ähnlich wie ein guter Laparoskopiker. Dennoch besteht auch bei der flexiblen Ureterorenoskopie ein hoher Bedarf, die Ergonomie des Eingriffs zu verbessern. Der Operateur benötigt eignetlich drei Hände zur Fixation und Manipulation des Gerätes mit anschließender Aktivierung des Lasers oder Steuerung des Fangkörbchens. Auch die gleichzeitige Bedienung der Röntgendurchleuchtung und Aktivierung des Lasers über Fusspedale ist ergonomisch ungünstig. Auf Grund unserre Erfahrung seit mehr als drei Jahren kann das Gerät die ergonomische Mängel der klassischen FURS voll kompensieren [78]. Allerdings wird der Kaufpreis eine entscheidende Rolle für die Verbreitung des Gerätes spielen. Interessant ist, das die Firma Auris, Hersteller des Monarch Systems, inzwischen von Johnson&Johnson gekauft wurde.

Während Roboter für Laparoskopie, Single-Port-chirugie und Endourologie eigentlich Master-Slave-Systeme sind, bieten die Roboter zur TRUS-gesteuerten Behandlung der Prostata (Wasserablation, HIFU) autonome Systeme an [80]. Ihr Einsatzbereich muss zwar vorprogramiert und auch observiert werden, sie ersetzen aber beim Eingriff den Operateur. Hier könnte der Chirurg erstmals an die Grenzen seiner manuellen und kognitiven Fähigkeit stoßen.

Die Zeitlinie für Innovationen in der Urologie

Sicherlich erleben wir alle im „digitalen Zeitalter“ eine Explosion der Informationen: Unser Wissen soll sich in weniger als 15 Jahren verdoppeln, die Informationen im Internet vermehren sich jährlich um 30 %. Von 1950 bis 2000 ist die Anzahl der Wissenschaftler von 10 auf 100 Millionen angestiegen. Wir müssen aber zwischen Quantität und Qualität der Information unterscheiden. Nur wenige dieser Wissenschaftler werden später als bedeutend anerkannt. Betrachtet man die Innovationszyklen in der Urologie, werden wir mit einem weiteren abbremsenden Phänomen konfrontiert. Obwohl die damaligen Pioniere völlig im Recht und damit vor ihrer Zeit waren, hat es 8 – 10 Jahre gedauert, bis ihre Innovation allgemein anerkannt wurde.

Christian Chaussy publizierte seine ersten experimentellen Ergebnisse 1976 [40], sein erster Abstract auf der AUA 1980 wurde nicht aktzeptiert, und 1986 wurde die ESWL Standard in the Behandlung des Harnsteinleidens. 1991 veröffentlichte Ralph Clayman die erste laparoskopische Nephrektomie, die in den folgenden Jahren als eine nette Technik, die noch ihre Indikation sucht, kritisiert wurde, und schließlich 2004 als erste Behandlungsoption beim T2-Nierenzellkarzinom in den EAU-guidelines zitiert wurde [84]. 2001 führte Jochen Binder die erste Robotische radikale Prostatektomie durch, aber es dauerte bis 2009, dass sie sich basierend auf dem Trainingskonzept von Mani Menon durchsetzte [96].

So können wir nun wieder über den nächsten „Game changer“ in der MIC spekulieren: Meine persönlichen Favoriten sind die roboter-assistierte Endourologie, endoskopische Chirurgie assistiert durch künstliche Intellegenz oder Bildgebung und die Fokale Therapie von Prostata- und Nierentumoren.

Interessenkonflikt

Jens Rassweiler war in experimentelle und klinische Studien der Firma ELMED involviert. Die Firma Karl Storz unterstützt ein laparoskopisches Trainingszentrum an den SLK Kliniken.

Bei den anderen Autoren besteht kein Interessenkonflikt.

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