Endoskopie und minimal invasive Chirurgie
Laserstrahlung wird oft mithilfe von Glasfasern ins Körperinnere geleitet, wo man mit ihr kleinere Operationen durchführt. Dies ist jedoch nicht die einzige Möglichkeit, innere Organe zu behandeln, ohne den Körper öffnen zu müssen. Wird statt eines Lichtleiters ein biegsamer Schlauch eingeführt, an dessen Ende sich winzige Greifer und Zangen befinden, so kann man fast beliebige Manipulationen vornehmen, ohne mit einem Schnitt in die Körperhöhle eindringen zu müssen. Man bezeichnet dieses Vorgehen — abgeleitet vom lateinischen Wort invadere: »eindringen« — als »minimalinvasive Chirurgie«, abgekürzt MIC. Benutzt man diese Technik nicht zur Bearbeitung, sondern zur Betrachtung innerer Organe mithilfe von Lichtleitern oder miniaturisierten Videokameras, spricht man von »Endoskopie«, das dazu benutzte Gerät heißt Endoskop (griechisch: endo: innen, skopein: betrachten). Das Endoskop ist für die gesamte minimalinvasive Chirurgie und darüber hinaus in der modernen Medizintechnik von zentraler Bedeutung.Endoskope sind dünne, rohr- oder schlauchartige Geräte mit Durchmessern zwischen einem und 15 Millimetern und einer Länge von bis zu 1,7 Metern. Sie sind entweder starr oder flexibel ausgeführt. Jedes Endoskop enthält mindestens eine Beleuchtungseinrichtung und ein Bildbetrachtungssystem. Die Endoskope, die zur minimalinvasiven Chirurgie eingesetzt werden, besitzen zusätzlich noch Arbeitskanäle für miniaturisierte Operationsinstrumente, entweder mechanische Instrumente oder Lichtleiter für Laserstrahlung sowie Kanäle zur Zu- und Abführung von Flüssigkeiten und/oder Gasen.
Beim Einsatz werden Endoskope über natürliche Körperöffnungen oder über sehr kleine künstlich geschaffene Zugänge von höchstens fünf bis zehn Millimetern Größe in den Körper eingeführt. Der Vorteil von Endoskopie und MIC ist, dass der Körper des Patienten nicht großflächig geöffnet werden muss, sondern dass körpereigene Öffnungen oder minimale Schnitte zur Operation vor Ort genügen. Kleine Wunden bedeuten für den Patienten weniger Schmerzen, höhere Mobilität und eine raschere Genesung.
Die historische Entwicklung der Endoskopie und der minimalinvasiven Chirurgie
Die Idee der Endoskopie ist recht alt. Erste Beschreibungen von Sehtrichtern stammen aus vorchristlicher Zeit. Als Geburtsjahr der neuzeitlichen Endoskopie gilt das Jahr 1805. In diesem Jahr inspizierte Dr. Philip Bozzini in Frankfurt zum ersten Mal mit einem von ihm Lichtleiter die Harnblase einer Patientin. Mit dem Tode Bozzinis 1809 geriet sein Gerät wieder in Vergessenheit. Erst 1853 baute der französische Urologe Antonin-Jean Desormeaux ein neues Instrument zur Blasenspiegelung, das weite Verbreitung fand und ihm den Titel »Vater der Endoskopie« eintrug.
Die erste Magenspiegelung fand 1868 an einem Schwertschlucker statt. Der damals in Freiburg im Breisgau tätige Arzt Adolf Kußmaul benutzte dazu ein 47 Zentimeter langes und 1,3 Zentimeter dickes Rohr mit einer Petroleumflamme als Beleuchtung. Die Beleuchtung wurde in der darauf folgenden Zeit immer weiter verbessert, zunächst durch glühende Platindrähte und Miniaturlämpchen, dann durch Linsensysteme und schließlich, in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts, mit Glasfasern. Da Glasfasern bei mechanischen Belastungen aber brechen können, hat man mittlerweile eine neue Technik zur Bildübertragung aus dem Körperinnern entwickelt: miniaturisierte Digitalvideokameras, von welchen die Bildinformation über elektronische Datenleitungen nach außen übertragen wird.
Im Jahr 1902 wurde zum ersten Mal die Bauchhöhle über eine kleine operativ angelegte Öffnung mit einem starren Endoskop untersucht. 1924 führte der Schweizer Arzt Robert Emil Zollikofer die Aufblähung des Bauchraums mittels CO2 ein. Hierdurch wurden endoskopische Operationen im Bauchraum und damit die minimalinvasive Chirurgie möglich. 1958 wurde das erste voll flexible, steuerbare Gastroskop, ein Endoskop für den Magenbereich, vorgestellt, welches mit Glasfasern als Lichtleiter arbeitete. Die Glasfasern haben somit der Endoskopie endgültig zum Durchbruch verholfen. Ein Glasfaserbündel leitet hierbei das Licht zur Beleuchtung nach innen und ein anderes das Bild nach außen. 1980 wurde — übrigens sehr zum Unmut der konventionellen Chirurgen — zum ersten Mal eine Blinddarmoperation mit einem Endoskop durchgeführt; 1985 wurde die erste Gallenblase auf diese Weise entfernt.
Moderne Endoskope
Die wichtigsten Bestandteile der modernen Endoskope sind ein Bild- und ein Lichtübertragungssystem. Als Lichtquellen werden Halogen- oder Xenonkaltlichtlampen verwendet. Das Licht aus einer externen Beleuchtungseinheit wird über Glasfasern in das Endoskop und von dort ins Körperinnere eingespiegelt. Kühlgebläse und Wärmeschutzfilter verhindern die Wärmeübertragung auf das beleuchtete Gewebe. Die Bildübertragung erfolgt nach unterschiedlichen Systemen. Bei starren Endoskopen wird das Bild über Linsensysteme in ein Okular übertragen. Dort kann es zwar direkt mit dem Auge betrachtet werden, man schließt inzwischen aber üblicherweise eine Videokamera an das Okular an, sodass mehrere Personen gleichzeitig das Bild auf einem Monitor sehen können. Bei den flexiblen Endoskopen gibt es die ältere Übertragungsmethode über Glasfasern auf ein Okular, an das ebenfalls meist eine Videokamera angeschlossen ist. Neuer ist die Methode mit einem Bildsensor an der Spitze des Endoskops, von dem das Bild nur noch als elektronisches Videosignal durch das Endoskop geleitet wird. Da die Glasfasern nur ein beschränktes Auflösungsvermögen haben und mechanisch recht labil sind, werden sie in absehbarer Zukunft wohl vollständig durch die Bildsensoren verdrängt werden.
Starre und flexible Endoskope
Während die flexiblen Endoskope in röhrenartige Hohlräume des Körpers eingeschoben werden, etwa die Speiseröhre, den Magen-Darm-Trakt oder Blutgefäße, werden starre Endoskope bei allen anderen Untersuchungen im Körper eingesetzt. Sie besitzen meistens einen Durchmesser von vier bis zehn Millimetern, wobei dünnere Geräte für Gelenkspiegelungen und dickere Geräte für die Untersuchung der Bauch- und Brusthöhle eingesetzt werden. Die Instrumente zur minimal invasiven Chirurgie werden im Fall der starren Endoskope getrennt in den Körper eingeführt. Es gibt allerdings auch starre Endoskope mit einem 5—7,5 Millimeter großen Arbeitskanal. Aufgrund ihrer einfacheren Bauart sind starre Endoskope mechanisch weniger anfällig als flexible Endoskope. Das Licht wird bei ihnen über Glasfasern eingespiegelt, das Bild wird über Linsen zum Okular geführt. Bei den meisten Anwendungen sitzt hier eine Videokamera, welche die Betrachtung per Monitor ermöglicht. Relativ neu sind 3-D-Videoendoskope. Diese starren Endoskope mit zwei Objektiven und digitalen Bildsensoren, CCD-Sensoren, ermöglichen eine dreidimensionale Sicht auf das Operationsfeld. Der oder die Operateure müssen zu diesem Zweck Videosichtgeräte (»3-D-Brillen«) tragen.
Flexible Endoskope werden, wie gesagt, durch Hohlräume im Körper an ihren Einsatzort herangeschoben. Durch den Arbeitskanal des Endoskops können nun verschiedenste mikrochirurgische Instrumente an das Zielobjekt gebracht werden und dort zum Einsatz kommen.
Das Licht zum Beleuchten der Operationsstelle wird bei den flexiblen Endoskopen von einer Xenon- oder Halogenlampe mit 250—400 Watt Leistung geliefert und über ein oder zwei Glasfaserbündel in das Zielorgan eingespiegelt. Diese Lichtleitbündel bestehen aus 3000 bis 5000 ungeordneten Glasfasern. Die Bildübertragung zurück zum Operateur erfolgt entweder über geordnete Glasfasern (Glasfaserendoskop) oder über eine Miniaturvideokamera im Kopf des Endoskops (Videoendoskop). Glasfaserendoskope besitzen ein geordnetes Glasfaserbündel, das aus bis zu 50 000 Einzelfasern besteht. Das Bild vom Objektiv wird von diesem Faserbündel erfasst und entsprechend in bis zu 50 000 Einzelbilder gerastert, ähnlich wie bei einem Insektenauge.
Die einzelnen Fasern transportieren dann ihre Bildinformation zum Okular, wo sich aus den Einzelbildern ein gerastertes Gesamtbild zusammensetzt. Nachteile dieser Methode sind die hohe mechanische Anfälligkeit der Faserbündel und die schlechte Auflösung der Bilder. Diese Nachteile umgeht die Videoendoskopie. Bei den Videoendoskopen fällt das Licht vom Objektiv auf einen lichtempfindlichen CCD-Chip, der in ähnlicher Form auch in Video- und Digitalkameras zu finden ist. Dieser Chip wandelt das Bild Punkt für Punkt in elektrische Signale um, die mit einem mechanisch unempfindlichen Elektrokabel nach außen zu einem Videoprozessor und von dort zu einem Monitor geleitet werden. Die Auflösung der Videochips in gängigen Endoskopen liegt im Moment bei etwa 180 000 Bildpunkten (Pixeln) und wird ständig verbessert. Mit einem Videoendoskop kann man auch leicht Vergrößerungen der Abbildung erhalten.
Eine andere Variante der flexiblen Endoskopie ist die Mother-Baby-Endoskopie. Wenn feine Kanäle tief im Körperinnern untersucht oder operiert werden sollen, beispielsweise der Gallengang, dann benötigt man dafür sehr dünne Endoskope mit 3 bis 3,5 Millimetern Durchmesser. Diese dünnen Endoskope können aber nicht durch den Magen-Darm-Trakt über große Strecken eingeführt werden, da die Gefahr einer Verletzung von Organwänden besteht. Dickere Endoskope können aber gefahrlos bis in die Nähe des Einsatzortes geschoben werden. Diese Mother-Endoskope besitzen einen Arbeitskanal, der groß genug ist, um ein für den Gallengang ausreichend dünnes Baby-Endoskop aufzunehmen. Dieses Baby-Endoskop mit eigenem Arbeitskanal, eigener Steuerung und eigener Optik wird in der Nähe seines Einsatzortes aus dem Mother-Endoskop ausgefahren und in die feinen Kanäle gesteuert. Dort kann es seine Aufgaben verrichten, also beispielsweise einen Gallenstein entfernen.
Eine weitere Variante der flexiblen Endoskopie ist die Ultraschallendoskopie. Beim endoskopischen Ultraschallverfahren (EUS) wird eine Ultraschallsonde durch den Arbeitskanal eines flexiblen Endoskops an ihren Untersuchungsort herangebracht. Dieses Verfahren ist besonders für Untersuchungen des Verdauungstrakts geeignet. Die Ultraschallsonde arbeitet hierbei nach dem gleichen technischen Prinzip wie die herkömmlichen, von außen arbeitenden Ultraschallsonden; sie hat jedoch eine viel bessere Ortsauflösung und kommt außerdem mit viel geringeren Schallintensitäten aus.
Praktische Aspekte der minimalinvasiven Chirurgie
Obwohl die MIC im Vergleich zur klassischen Chirurgie für den Patienten eine viel geringere Belastung darstellt, ist sie für die Operateure wesentlich aufwendiger, insbesondere werden sehr viele verschiedene komplexe Geräte benötigt. Skalpell, Nadel und Faden, die wesentlichen Werkzeuge eines Chirurgen, sind bei der minimal invasiven Chirurgie durch eine Vielzahl von Hightech-Apparaturen und winzigen, hoch empfindlichen mikrotechnischen Geräten ersetzt. Bei einer typischen minimalinvasiven Operation im Bauchraum beispielsweise arbeiten drei Chirurgen gleichzeitig am Patienten. Zwei große Monitore sind so aufgestellt, dass die Ärzte die Bilder aus dem Körperinnern des Patienten einigermaßen bequem betrachten können. Bei der Operation arbeitet ein Chirurg als Kameramann, zwei andere führen die Operation durch. Die Operationsinstrumente für die minimalinvasive Chirurgie sind bleistiftdünn. Verwendet werden kleine Greifer, Scheren, elektrische Skalpelle, Koaguliersonden und anderes mehr. Insgesamt gibt es über 100 Instrumente, Knöpfe, Regler und Fußschalter, die ständig in Reichweite des Operationsteams liegen müssen. Dies führt auch dazu, dass der Platz um den Patienten herum recht knapp ist. Die Elektronik zur Bildwiedergabe, die Kaltlichtquelle, der Generator für Hochfrequenzstrom, die Gasdrucksteuerung und die Vorratsflaschen für Kohlendioxid, Spül- und Absaugflüssigkeit stapeln sich gewöhnlich auf einem Rollregal am Kopfende des Operationstisches. Für das Tablett mit den Spezialinstrumenten ist oft nur noch über den Beinen des Patienten Platz.
Voraussetzung für die minimalinvasive Chirurgie ist eine Körperhöhle, in welcher der Arzt freie Sicht hat und seine Instrumente handhaben kann. Diese Höhle ist entweder bereits vorhanden — wie beispielsweise bei der Harnblase — oder sie muss künstlich geschaffen werden. Für Operationen im Bauchraum beispielsweise wird dieser mit sterilem Kohlendioxid aus einem Insufflator genannten Gerät aufgeblasen. Diese Dehnung der Bauchdecke führt allerdings bei ungefähr 60 Prozent der Patienten zu postoperativen Schulterschmerzen, da bei der Dehnung ein Nerv im Zwerchfell gereizt wird, der auch die Schulterpartie versorgt. Um in den Bauchraum hineinzugelangen, benutzt man Trokare. Ein Trokar ist ein dreieckiger, scharf zugespitzter Metallstab, der in einer eng anliegenden Trokarhülse steckt. Trokar und Hülse durchstoßen zusammen die Bauchdecke, anschließend wird der Trokar entfernt. Die Hülse bleibt während der gesamten Operation in der Bauchdecke stecken und dient als Kanal, durch den die Instrumente eingeführt und gewechselt werden. Trokare gibt es mit Durchmessern zwischen einem halben und zwei Zentimetern. Durch diesen Kanal wird nun ein starres Endoskop in die Bauchhöhle eingeführt, welches die weiteren Schritte überwacht. Über weitere Trokare werden dann die Operationsinstrumente in den Bauchraum eingeführt; bei den flexiblen Endoskopen sind die Instrumente meistens bereits im Gerätekanal des Endoskops integriert.
Viele Vorgehensweisen der offenen Chirurgie sind im Körperinnern sehr umständlich und mussten daher anderen Verfahren weichen. Beispielsweise wurde das Vernähen von Wunden durch Klammern ersetzt. Seit Anfang der 1980er-Jahre werden auch Laser in der minimal invasiven Chirurgie eingesetzt. Dabei wird, wie schon im vorangehenden Abschnitt gezeigt, eine Wundbehandlung oft überflüssig, da das Laserlicht bei der Zerstörung von krankem Gewebe die entstehenden Wunden sofort wieder verschließt.
Die wichtigsten Einsatzgebiete der minimal invasiven Chirurgie
Die MIC kann bei sehr vielen Erkrankungen eingesetzt werden, besonders bietet sie sich für die folgenden Gebiete an: Für die Diagnose und Therapie von Blutungen der Speiseröhre ist die Endoskopie ideal geeignet und hat zu einer wesentlichen Verbesserung der Heilerfolge geführt. Auch bei der Entfernung der Gallenblase hat sich die MIC durchgesetzt; 80 Prozent aller Gallenblasenentfernungen werden in der Bundesrepublik per Laparoskop durchgeführt. Die laparoskopische Entfernung des Blinddarms gehört inzwischen ebenso zum Klinikalltag wie die Versorgung von Leistenbrüchen und die Entfernung von Tumoren aus dem Dick- und Enddarm. Meniskusoperationen werden schon seit Mitte der 1980er-Jahre nicht mehr offen, sondern mittels Endoskopie durchgeführt. Diese können — und das ist ein weiterer Vorteil — immer häufiger ambulant durchgeführt werden. Endoskopische Operationsmethoden sind noch für viele andere chirurgische Eingriffe im Einsatz, laufend werden neue Anwendungen erprobt. Die minimal invasive Chirurgie ist ein Gebiet der Medizin, das sich rasant fortentwickelt; in ihr fließen die früher weit voneinander entfernten Wissenschaften der Heilkunde, Lasertechnik und Mikrosystemtechnik zusammen.
Welche Risiken birgt die MIC?
Endoskope und Zusatzinstrumente kommen bei Untersuchungen und Operationen mit Körpersekreten und Blut in Kontakt, sodass eine Kontamination mit Krankheitserregern — wie Salmonellen, Hepatitis oder HIV — möglich ist. Aus diesem Grund ist es unbedingt notwendig, die Endoskope sorgfältig zu sterilisieren. Die relativ einfach gebauten starren Endoskope können konventionell durch Heißdampf sterilisiert werden. Die komplizierter gebauten flexiblen Endoskope stellen besondere Anforderungen. Für ihre Reinigung und Desinfektion stehen spezielle Maschinen zur Verfügung, beispielsweise werden nicht hitzebeständige Bauteile nach der Reinigung mit Ethylenoxid sterilisiert. Außer der Infektionsgefahr bergen Endoskope auch die Gefahr von mechanischen Verletzungen an den Organen, durch die sie geführt werden. Andererseits können die empfindlichen Endoskope auch selbst Schaden nehmen. Knicke und Quetschungen gefährden vor allem die Glasfasersysteme zur Bildleitung und die Dichtigkeit der Gerätekanäle. Eine Dichtigkeitsprüfung sollte daher jedem Einsatz eines Endoskops vorausgehen. Geborstene Glasfasern und undichte Gerätekanäle sind wiederum auch eine Gefahr für den Patienten. Zu Quetschungen des Endoskops kann es kommen, wenn ein Patient in das Endoskop beißt.
Die bisher besprochenen Gebiete medizinische Lasertechnik und Endoskopie haben sich als medizinische Fachdisziplinen mit starker technischer Ausrichtung mittlerweile etabliert. Es gibt aber auch einzelne medizintechnische Verfahren und Geräte, mit denen viele Menschen bereits zu tun hatten; diese sollen im Folgenden näher vorgestellt werden. Es handelt sich dabei um die Behandlung von Nieren-, Blasen- oder Gallensteinen, die Unterstützung des Herzens mit Defibrillatoren und Schrittmachern, künstliche Nieren, Implantate und schließlich die Herz-Lungen-Maschine, die für gewisse Zeit die Grundfunktionen unseres Körpers aufrecht erhalten kann.
Dr. Harald Münch; Dipl.-Phys. Renate Jerei
Weiterführende Erläuterungen finden Sie auch unter:
Stoßwellenlithotripsie: Zertrümmerung von Nierensteinen
Grundlegende Informationen finden Sie unter:
Lasertherapie: Der Laser als medizinisches Werkzeug