Robotisch-assistierte Lymphchirurgie

Zusammenfassung

In den letzten Jahren finden speziell für die Mikrochirurgie entwickelte Roboter insbesondere in der rekonstruktiven Lymphchirurgie zunehmend Anwendung. Derzeit gibt es zwei Robotersysteme, welche in der Mikrochirurgie eingesetzt werden. Beide Systeme verfügen über Technologien zur Tremorreduzierung und Bewegungsskalierung, wodurch die Präzision und Geschicklichkeit des Chirurgen optimiert werden sollen. In der Klinik für Plastische Chirurgie und Handchirurgie des Universitätsspitals Zürich wird das Symani Surgical System bei vielen mikro- und supermikrochirurgischen Operationen eingesetzt. Das Hauptanwendungsgebiet des Robotersystems liegt in der rekonstruktiven Lymphchirurgie, im Speziellen robotisch-assistierte lymphovenöse Anastomosen, der mikrochirurgische Anschluss des Lymphgewebslappens sowie der Anwendung in der zentralen Lymphchirurgie. Hierbei ermöglicht die Verwendung des Roboters kleinere Operationszugänge für anatomisch tiefe Strukturen und eine Verbesserung der chirurgischen Präzision. In Kombination mit einem Exoskop kann es zudem die Ergonomie des Mikrochirurgen verbessern.

 

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Abstract

Surgical robotic systems specifically developed for microsurgery are increasingly being used in recent years, particularly in reconstructive lymphatic surgery. Currently, there are two robotic systems that are used in microsurgery. Both systems feature tremor reduction and motion scaling technologies, which are intended to optimise the surgeon’s precision and dexterity. In the Department of Plastic Surgery and Hand Surgery at the University Hospital Zurich, the Symani Surgical System is used in many microsurgical and supermicrosurgical procedures. It is mainly used in reconstructive lymphatic surgery, especially for robotic-assisted lymphovenous anastomosis, microvascular anastomosis of lymph node flaps, and it is used in central lymphatic surgery. The robot enables smaller surgical approaches for deep anatomical structures with enhanced surgical precision. In combination with an exoscope, it can also improve the ergonomics of the microsurgeon.

 

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Schlüsselwörter

Robotisch-assistierte Mikrochirurgie - rekonstruktive Lymphchirurgie - Robotisch-assistierte Lymphchirurgie

Keywords

Robotic-assisted microsurgery - Reconstructive lymphatic surgery - Symani Surgical System - Robotic-assisted lymphatic surgery

Einleitung

Im vergangenen Jahrzehnt wurden robotisch-assistierte Operationen als Routineverfahren in vielen chirurgischen Disziplinen erfolgreich implementiert. In der Plastischen und Rekonstruktiven Chirurgie erfolgte die erste roboterunterstützte mikrochirurgische Anastomose zum Anschluss eines TRAM-Lappen 2007 mit dem Da Vinci System [1]. Seither steigen die Anwendungen von Robotersystemen in der Plastisch-rekonstruktiven Chirurgie und reichen von der Präparation freier Lappenplastiken bis hin zu supermikrochirurgischen Operationen im Rahmen der rekonstruktiven Lymphchirurgie [2] [3] [4] [5].

Mit dem speziellen Fokus auf die Mikro- und Supermikrochirurgie sind derzeit zwei Robotersysteme CE zertifiziert und finden am Patienten Anwendung. Das Robotersystem MUSA (MicroSure, Eindhoven, Niederlande), welches in 2014 entwickelt wurde, ist das erste verfügbare System seiner Art. Es wurde bereits erfolgreich in präklinischen als auch in klinischen Studien eingesetzt [6] [7] [8]. Das Robotersystem wird hierbei, inklusive seiner sogenannten Joysticks, am Operationstisch fixiert. Für die Operation wird der Roboter mit konventionellen Mikro- oder Supermikrochirurgie Instrumenten ausgestattet, was den Vorteil hat, dass das eigene Instrumentarium integriert werden kann und keine zusätzlichen Kosten anfallen. Das notwendige Fixieren des Robotersystems am Operationstisch bedingt jedoch ein Bedienen des Roboters am Operationstisch.

Das Symani Surgical System (Medical Microinstruments, Inc., Wilmington, USA) stellt derzeit das zweite verfügbare System dar. In 2021 wurde es in der Klinik für Plastische Chirurgie und Handchirurgie des Universitätsspitals Zürich weltweit erstmalig für die rekonstruktive Lymphchirurgie am Patienten eingesetzt [3] [9]. Das Symani Surgical System verfügt über flexible Roboterarme, die mit speziellen Einweg Mikrochirurgie-Instrumenten ausgestattet werden ([Abb. 1a]). Für jede Operation ist somit ein neues Set an Mikrochirurgie Instrumenten, bestehend aus Nadelhalter und Mikropinzette ([Abb. 1c]), notwendig. Nadelhalter und Mikropinzette liegen in zwei verschiedenen Grössen (Supermikrochirurgie und Mikrochirurgie) vor. Ausserdem gibt es die Möglichkeit eines selbstschneidenden Nadelhalters. Dieser existiert jedoch nur in einer Grösse (Mikrochirurgie). Demzufolge fallen für jede Operation erneute Kosten für die Mikroinstrumente (ca. 2000 Euro pro Set).

Abb. 1 (a) Symani Surgical System mit flexiblen Roboterarmen. (b, d) Die Steuerung der Instrumente erfolgt durch den Operateur mittels frei beweglicher Joysticks, welche in der Handhabung den üblichen Mikroinstrumenten ähnlich sind. (c) Die Roboterarme werden mit entsprechenden Mikronadelhalter und Mikropinzette ausgestattet.

Die Steuerung der Instrumente erfolgt durch den Operateur mittels frei beweglicher Joysticks, die in der Handhabung den üblichen Mikroinstrumenten ähnlich sind ([Abb. 1 b, d]). Die Mikroinstrumente können hierbei in 7 Freiheitsgeraden bewegt werden, was die Präzision des Mikrochirurgen verbessern soll. Dies wird durch eine präklinische Studie bestätigt, die gezeigt hat, dass Winkel und Distanz zwischen Ein- und Austrittspunkt der Nadel präziser sind, verglichen mit der manuellen Anastomose [10]. Im Unterschied zu MicroSure‘s MUSA ermöglicht das Symani Surgical System Prinzipien der „Teleoperation“, was insbesondere von Vorteil ist, wenn ein zweites Operationsteam parallel an einer anderen anatomischen Lokalisation operiert. Zudem verbessert es die Ergonomie des Mikrochirurgen, der auf einem bequemen Stuhl mit Rücken- und Armlehnen sitzt. Die Visualisierung des Operationssitus erfolgt entweder mit einem dreidimensionalen Exoskop bzw. Bildvisualisierungssystem ([Abb. 2a, b]) oder mit einem Mikroskop ([Abb. 2c, d]). Letzteres hat den Vorteil, dass es einen schnellen Wechsel auf ein konventionelles manuelles Vorgehen erlaubt. Sowohl das Symani Surgical System, als auch der MUSA verfügen über Technologien zur Tremorreduzierung und Bewegungsskalierung, wodurch die Präzision und Geschicklichkeit des Chirurgen optimiert werden sollen. Die Bewegungsskalierung beim Symani Surgical System kann zwischen 7x und 20x -fach variiert werden und wird individuell gemäss der Präferenz des Mikrochirurgen eingestellt. Unserer Erfahrung nach ist eine 10x- 12x -fache Bewegungsskalierung empfehlenswert.

Abb. 2 (a, b) Die Visualisierung mit dem Exoskop erlaubt Prinzipien der „Teleoperation“ umzusetzen und somit Platz für ein zweites Operationsteam/Mikroskop am Patienten. (c, d) Visualisierung mit einem konventionellen Mikroskop.

 

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Training und Lernkurve des Mikrochirurgen

Vor der ersten Anwendung des Robotersystems für die Mikrochirurgie am Patienten muss ein entsprechendes Training des Mikrochirurgen an Hand von Gefässmodellen erfolgen ([Abb. 1c]). Zudem muss das Personal im Operationssaal für die Bedienung des Robotersystems geschult werden. Im Rahmen einer Studie haben wir den Trainingseffekt in Bezug auf den Zeitunterschied zwischen manuellen und robotisch-assistierten Anastomosen analysiert. Dabei konnten wir eine steile Lernkurve beobachten, wobei sich nach entsprechendem Training des Mikrochirurgen eine signifikante Reduktion in der Operationszeit für robotisch-assistierte lymphovenöse Anastomosen (LVA) zeigte und die zeitliche Differenz zwischen manuellen und robotisch-assistierten LVAs nur noch geringfügig war [11]. Das fehlende haptische Feedback kann zunächst dazu führen, dass der Faden anfänglich häufiger reisst oder die Nadel verbiegt. Nach dem entsprechenden Training an Gefässmodellen stellt dies jedoch kein Hindernis mehr dar. Unsere Beobachtungen der letzten Jahre zeigen zudem, dass erfahrene Mikrochirurgen eine deutlich steilere Lernkurve aufweisen und insbesondere das fehlende haptische Feedback schnell trainiert werden kann.

 

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Anwendung in der rekonstruktiven Lymphchirurgie

Die rekonstruktive Lymphchirurgie, die auf supermikrochirurgischer Ebene erfolgt, erfordert höchste Präzision und Geschicklichkeit. Sie stellt daher derzeit das Hauptanwendungsgebiet für Roboter in der Plastischen und Rekonstruktiven Chirurgie dar.

Van Mulken und sein Team haben 2020 erfolgreich die ersten robotisch-assistierten LVAs mit Micro Sure‘s MUSA bei Patienten mit Armlymphödem durchgeführt [7]. Zur Visualisierung des Operationssitus wurde der MUSA in Kombination mit einem Mikroskop verwendet. In einer weiteren Studie konnten die Autoren zeigen, dass das klinische Ansprechen der Patienten mit robotisch-assistierten LVAs vergleichbar mit manuellen LVAs war [12].

Das Symani Surgical System wurde 2021 erstmals durch uns für die rekonstruktive Lymphchirurgie eingesetzt [3] [13]. Seither wird der Roboter neben der Durchführung von LVAs ([Abb. 3], Video 1) bei Patienten mit Lymphödem auch für lympho-lymphatische Anastomosen zur Behandlung von Lymphfisteln und den mikrochirurgischen Anschluss des Lymphgewebslappens ([Abb. 4]) verwendet. Insgesamt haben wir bis dato 52 LVAs und 48 Gefässanastomosen robotisch-assistiert durchgeführt. Mit dem Symani Surgical System sind auch anatomisch tief gelegene Strukturen trotz kleiner Inzisionen gut zu erreichen. Ein Beispiel ist der Anschluss eines Lymphgewebslappens in der Axilla ([Abb. 4]), der mit einem konventionellen Mikroskop für den Mikrochirurgen meist sehr unbequem zu erreichen ist und insbesondere eine Herausforderung für die Assistenz darstellt. Hierbei optimiert die Kombination des Symani Surgical System mit einem Exoskop die Arbeitsposition und Ergonomie des Mikrochirurgen [10] [14]. Zudem können die tief gelegenen Gefässe in der Axilla über deutlich kleinere Hautinzisionen erreicht werden. Ein weiterer Vorteil liegt in der Verwendung eines schneidenden Nadelhalters, wodurch keine zusätzliche Assistenz notwendig ist. Somit findet wiederum ein zweites Operationsteam inklusive Mikroskop am Operationstisch Platz, wodurch ein paralleles Vorgehen ermöglicht wird und die Operationszeit, beispielsweise bei der Transplantation von zwei Lymphgewebslappen, verkürzt werden kann.

Video 1 Robotisch-assistierte End-zu-End Anastomose zwischen Lymphgefäss (0,7 mm, rechts) und subkutaner Vene (0,4 mm, links ) in Einzelknopftechnik mit einer Fadenstärke 11–0.

Abb. 3 (a) Subkutane Präparation von Indocyaningrün (ICG)-positiven Lymphgefäss (0,6 mm) und Vene (0,8 mm). Die Verwendung eines Hintergrundes mit Masseinheit (1 Kästchen+=+1 mm) ermöglicht eine Angabe des Gefässdurchmessers. (b) Lymphgefäss und Vene werden durchtrennt. (c, d) Robotisch-assistierte lympho-venöse Anastomose mit sichtbarem Abfluss von ICG. (Quelle: Gousopoulos, E., L. Grünherz, P. Giovanoli, et al. Robotic-assisted microsurgery for lymphedema treatment Plast Aesthet Res. 2023;10(7). © The Author(s) 2023. Licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). No changes were made).

Abb. 4 (a) Robotisch assistierte arterielle Anastomose eine Lymphgewebelappens vom Omentum an die A. thoracodorsalis in der Axilla [9]. (b) Neben der arteriellen End-zu-End Anastomose ( → ) finden sich zwei venöse Coupler-Anastomosen (*). (Quelle: [Abb. 4a]: Grünherz, L., E. Gousopoulos, C. Barbon, et al. [Robotics in plastic surgery]. Chirurgie (Heidelb). 2023;94(4): 325–329. ©Der/dieAutor(en)2023. Veröffentlicht unter der Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.de). Es wurden keine Änderungen vorgenommen).

 

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Zentrale Lymphchirurgie

Als weiteres Anwendungsgebiet konnten wir das Symani Surgical System für die zentrale Lymphchirurgie am Ductus thoracicus implementieren [15]. Operationen am Ductus thoracicus können bei iatrogenen Läsionen des Ductus thoracicus, beispielsweise einer Verletzung im Rahmen einer zervikalen Lymphadenektomie, oder seltenen zentralen lymphatischen Anomalien indiziert sein. Bei diesen sehr seltenen Erkrankungen kommt es durch den ständigen Austritt von Chylus in Thorax und/oder Abdomen zu einem kontinuierlichen und permanenten Protein- und Flüssigkeitsverlust, der weitere Komplikationen, insbesondere Infektionen begünstigt und zu einer Mortalität von bis zu 50+% führt [16]. Die konservative Behandlung besteht aus diätetischem Management und medikamentöser Therapie. Bei erfolgloser konservativer Therapie, besteht die Möglichkeit, eine sogenannte Ductus thoracicus-Venenanastomose durchzuführen, die wir in der Plastischen Chirurgie und Handchirurgie des Universitätsspitals Zürich bereits bei einigen Erwachsenen und auch Kindern durchgeführt haben [17] [18] [19]. Im Gegensatz zu einer Embolisation durch einen interventionellen Radiologen ermöglicht eine Ductus thoracicus-Venenanastomose die Rekonstruktion des zentralen physiologischen Lymphabflusses [6] [7] [8]. Auf Grund der tiefen Lage des Ductus thoracicus im Retroperitoneum, respektive im hinteren Mediastinum ist meist eine interdisziplinäre Operation mit Viszeral- und Thoraxchirurgen notwendig. Hierbei werden ein verhältnissmässig grosser Zugangsweg sowie spezielle Mikrochirurgie-Instrumente benötigt. Unseren Erfahrungen nach ermöglicht der Einsatz des Roboters bei diesen seltenen Operationen einen kleineren Laparotomiezugang und verbessert die Präzision des Mikrochirurgen beim Anlegen der Anastomose im tiefen Retroperitoneum.

 

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Weitere Anwendungsgebiete

In den vergangenen Jahren wurden in unserer Klinik über 100 robotisch-assistierte Anastomosen mit dem Symani Surgical System durchgeführt. Neben dem Hauptanwendungsgebiet der rekonstruktiven Lymphchirurgie wurde das System erfolgreich für mikro- und supermikrochirurgische Anastomosen bei verschiedenen freien Lappen, unter anderem Profunda artery perforator Lappen, Anterolateral thigh Lappen, Superficial circumflex iliac artery perforator Lappen und neurovaskulärer Gracilislappen zur Gesichtsreanimation eingesetzt. Zudem konnten wir zeigen, dass das Robotersystem auch für die epineurale Koaptation im Rahmen von Nervenrekonstruktionen eingesetzt werden kann [3]. Kürzlich haben auch weitere Autoren über den erfolgreichen Einsatz des Symani Surgical Systems für den mikrovaskulären Anschluss verschiedenster freier Lappenplastiken berichtet [20].

Basierend auf unseren Erfahrungen der letzten Jahre sehen wir die Vorteile in der Verwendung des Robotersystems in der Mikrochirurgie speziell in der Anastomosierung besonders kleiner Gefässe (+<+1 mm) sowie perforator-to-perforator-Anastomosen oder Anastomosen mit deutlichem Unterschied in den Gefässdurchmessern.

 

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Aktuelle Herausforderungen

Eine Herausforderung stellen aktuell noch das Fehlen eines haptischen Feedbacks dar und die Notwendigkeit für den ausführenden Chirurgen, während der Durchführung der Anastomose ein “See-feel”-Konzept zu entwickeln. Durch den Einsatz geeigneter bildgebender Verfahren lässt sich dies zwar zum Teil verbessern, zukünftig könnte jedoch die Integration zusätzlicher Biosensoren das haptische Feedback verbessern und somit die chirurgische Präzision und die atraumatische Handhabung nochmals deutlich optimieren [3] [8]. Ein zusätzliches Hindernis stellt das Operieren an einem sich bewegenden Situs dar, beispielsweise dem Lappenanschluss an die Mammaria interna Gefässe bei der Brustrekonstruktion. Hierbei erschwert die Bewegungsskalierung des Systems, den Thoraxbewegungen im Rahmen der Atmung auszuweichen, was eine Gefässanastomosierung erschwert. Die Bewegungsskalierung sollte hierbei auf ein Minimum (7x fach) reduziert werden. Eine Möglichkeit das Ausmass der Thoraxbewegungen zu reduzieren, besteht in einer Reduktion des Tidalvolumens, die jedoch durch die notwendige Hyperventilation zu einer Hyperkapnie führen kann. Daher muss der pC0₂ Gehalt unterdessen stetig gemessen und das Tidalvolumen ggf. noch vor Komplettierung der Anastomose wieder angepasst werden. Zukünftig könnte auch hier die Integration von Sensoren oder eine Kopplung mit der Beatmung des Patienten das Robotersystem weiter optimieren. Ein weitere Herausforderung liegt aktuell darin, dass der Winkel und Abstand der Roboterarme zueinander nicht verstellbar ist. Dies hat zur Folge, dass für das Erreichen tieferer Strukturen etwas grössere Zugänge benötigt werden. Optimalerweise würden die Roboterarme eine zusätzliche Vorrichtung aufweisen, die es erlaubt, den Winkel und Abstand zueinander anzupassen.

 

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Schlussfolgerung

Aktuell werden Roboter vor allem in der rekonstruktiven Lymphchirurgie mit dem Ziel angewandt, die Präzision und Geschicklichkeit bei gleichzeitig optimierter Ergonomie des Mikrochirurgen zu verbessern. Nach entsprechendem Training des Mikrochirurgen ermöglicht der Roboter kleinere Operationszugänge für anatomisch tiefe Strukturen und verbessert die Präzision bei Anastomosen besonders kleiner Gefässe (<1 mm).

 

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Autorinnen/Autoren

Prof. Dr. med. Nicole Lindenblatt
ist stellvertretende Direktorin der Klinik für Plastische und Handchirurgie am Universitätsspital Zürich. In dieser Funktion leitet sie das Team der Plastischen und Rekonstruktiven Chirurgie und ist Direktorin des Zürcher Lymphatic Network of Excellence. Zusätzlich zu ihren Aufgaben am Spital ist sie ausserordentliche Professorin ad Personam für rekonstruktive Mikrochirurgie an der Universität Zürich.Prof. Lindenblatts Hauptschwerpunkte sind die periphere und zentrale Lymphchirurgie, die robotergestützte Mikrochirurgie, die rekonstruktive und ästhetische Gesichts- und Brustchirurgie sowie Gesichtslähmungen. Im Jahr 2021 führte Prof. Lindenblatt die erste lymphatische Rekonstruktion bei einem Kind in der Schweiz und die weltweit erste roboterassistierte lymphatische Operation mit dem Symani® Surgical System durch.

Interessenkonflikt

Nicole Lindenblatt fungiert als wissenschaftliche Beraterin und Symposiumsprecherin für Medical Microinstruments (MMI).

• Literatur

• 1 van der Hulst R, Sawor J, Bouvy N. Microvascular anastomosis: is there a role for robotic surgery?. J Plast Reconstr Aesthet Surg 2007; 60: 101-102
• 2 Dobbs TD, Cundy O, Samarendra H. et al. A Systematic Review of the Role of Robotics in Plastic and Reconstructive Surgery-From Inception to the Future. Front Surg 2017; 4: 66
• 3 Lindenblatt N, Grunherz L, Wang A. et al. Early Experience Using a New Robotic Microsurgical System for Lymphatic Surgery. Plast Reconstr Surg Glob Open 2022; 10: e4013
• 4 Selber JC. The Robotic DIEP Flap. Plast Reconstr Surg 2020; 145: 340-343
• 5 Aitzetmuller MM, Klietz ML, Dermietzel AF. et al. Robotic-Assisted Microsurgery and Its Future in Plastic Surgery. J Clin Med 2022; 11: 3378
• 6 van Mulken TJM, Boymans C, Schols RM. et al. Preclinical Experience Using a New Robotic System Created for Microsurgery. Plast Reconstr Surg 2018; 142: 1367-1376
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• 8 van Mulken TJM, Schols RM, Qiu SS. et al. Robotic (super) microsurgery: Feasibility of a new master-slave platform in an in vivo animal model and future directions. J Surg Oncol 2018; 118: 826-831
• 9 Grunherz L, Gousopoulos E, Barbon C. et al. [Robotics in plastic surgery]. Chirurgie (Heidelb) 2023; 94: 325-329
• 10 Ballestin A, Malzone G, Menichini G. et al. New Robotic System with Wristed Microinstruments Allows Precise Reconstructive Microsurgery: Preclinical Study. Ann Surg Oncol 2022; 29: 7859-7867
• 11 Barbon C, Grünherz L, Uyulmaz S. et al. Exploring the learning curve of a new robotic microsurgical system for microsurgery. JPRAS Open. 2022
• 12 van Mulken TJM, Wolfs J, Qiu SS. et al. One-Year Outcomes of the First Human Trial on Robot-Assisted Lymphaticovenous Anastomosis for Breast Cancer-Related Lymphedema. Plast Reconstr Surg 2022; 149: 151-161
• 13 Gousopoulos E, Grünherz L, Giovanoli P. et al. Robotic-assisted microsurgery for lymphedema treatment Plast Aesthet Res 2023; 10: 07
• 14 Weinzierl A, Barbon C, Gousopoulos E. et al. Benefits of robotic-assisted lymphatic microsurgery in deep anatomical planes. JPRAS Open 2023; 37: 145-154
• 15 Grünherz L, Weinzierl A, Puippe G. et al. First-in-human use of a microsurgical robotic system for central lymphatic reconstruction. accepted for publication in Plast Reconstr Surg Glob Open. 2023
• 16 Trenor CC, Chaudry G. Complex lymphatic anomalies. Semin Pediatr Surg 2014; 23: 186-190
• 17 Lindenblatt N, Gutschow CA, Vetter D. et al. Lympho-venous anastomosis for the treatment of congenital and acquired lesions of the central lymphatic system: a multidisciplinary treatment approach. European Journal of Plastic Surgery 2021; 45 (2)
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• 20 Beier JP, Hackenberg S, Boos AM. et al. First Series of Free Flap Reconstruction Using a Dedicated Robotic System in a Multidisciplinary Microsurgical Center. Plast Reconstr Surg Glob Open 2023; 11: e5240

Publikationsverlauf

Eingereicht: 16. November 2023

Angenommen: 09. Januar 2024

Artikel online veröffentlicht:
26. April 2024