Was erwarten Chirurgen von Ingenieuren – und umgekehrt?

Von Prof. Dr. Hubertus Feußner

Landläufig gilt Chirurgie als eine Kunst, die durch den mehr oder weniger talentierten Chirurgen ausgeübt wird. Besonders herausragenden Vertretern des Fachs werden sogar „goldene Hände“ attestiert. Wahrscheinlich wurde aber schon in der Vergangenheit die motorische Geschicklichkeit als Erfolgsfaktor maßlos überschätzt.

Wie in allen anderen Lebensbereichen auch wird heute auch in der Chirurgie immer klarer, dass physikalische Grenzen vorgegeben sind, die eine weitere Steigerung der individuellen Leistungsfähigkeit von Chirurgen (Selektion des Nachwuchses, sorgfältigere und längere Ausbildung usw.) nicht mehr erlauben. Wenn in der Chirurgie künftig weitere Fortschritte erzielt werden sollen, wird dies nur durch neue Verfahren und Methoden möglich sein. („Wir brauchen keine besseren Chirurgen, sondern wir brauchen bessere Methoden“, D. Lorenz).

Mittelbar wird sich das Aufgabenfeld der Chirurgie natürlich auch durch die Veränderungen in der konservativ-medikamentösen Therapie ändern. Aber einen ganz unmittelbaren Einfluss auf das Fach werden die Impulse aus der Medizintechnik haben. Aus diesem Grund ist die Chirurgie mehr denn je auf innovative Technologien angewiesen, die es ermöglichen, interventionelle Therapien noch wirkungsvoller, noch schonender und sicherer und wenn möglich auch noch kosteneffizienter als bisher anzubieten.

Um das überhaupt erreichen zu können, ist eine neue Kultur der Kooperation zwischen Wissenschaftlern der Grundlagenforschung, Entwicklern und Klinikern erforderlich. Alle Beteiligten stellt dies vor die Herausforderung, Fachgrenzen zu überwinden und aufeinander zuzugehen, um dann (vielleicht) zu einem gemeinsamen Ergebnis zu kommen. Eine wesentliche Grundlage dafür ist die Einschätzung, welche Erwartungen die künftigen Partner haben. Aus der subjektiven Sicht eines Chirurgen sollen die nachfolgenden Wünsche an Naturwissenschaftler/Ingenieur/Informatiker dargestellt werden.

Bereitschaft zur Zusammenarbeit

Ingenieurswissenschaften haben eine stolze Tradition. Entwicklungstechnische Kreativität und die sorgfältige Analyse von Anforderungsprofilen haben in fast allen Lebensbereichen zu unglaublichen Fortschritten geführt. Erfolge in der Medizintechnik sind schwieriger zu erreichen, weil hier ein besonderes Domänenwissen mit einbezogen werden muss, das sich Ingenieure nicht mehr so ohne weiteres aneignen können, wie es zum Beispiel in der Automobiltechnik oder anderen Industrien durchaus möglich ist.

Das entscheidende Problem besteht in dem nach wie vor großen Defizit an deklarativem Wissen speziell in der Chirurgie. Selbstverständlich gibt es eine Fülle von anatomischen Atlanten, chirurgischen Lehrbüchern mit genauen Handlungsbeschreibungen, OP-Videos und interaktiven CD-ROMs. Aber trotzdem reicht das alles nicht aus, um Nicht-Chirurgen ein wirklich tiefes Verständnis für die Besonderheiten der jeweiligen Eingriffe zu vermitteln. Das stellt sich erst allmählich ein, wenn man die ersten hundert, zweihundert oder zweitausend Eingriffe hinter sich gebracht hat.

Anspruchsvollere Entwicklungen für die Chirurgie sind deshalb nur selten erfolgreich, wenn sie nur in der CAD-Welt am Schreibtisch des Entwicklers ausgedacht werden. Ein sehr früher Austausch mit dem künftigen Anwender ist unbedingt empfehlenswert. Besonders aufschlussreich ist auch die persönliche Präsenz bei operativen Eingriffen, die Gegenstand der konkreten Entwicklung sind.

Dabei sollte man sich jedoch an Vertretern des Faches orientieren, die nicht nur einen besonderen Enthusiasmus für neue Technologien aufbringen und somit dem Ingenieur besonders sympathisch sind, sondern auch die erforderliche Kompetenz und Kritikfähigkeit aufbringen, die für eine objektive Beurteilung des Potentials von vermeintlichen Innovationen erforderlich ist.

Verständnis für ein andersartiges Fach

Maß und Zahl haben in der Chirurgie eine wesentlich geringere Bedeutung als in der Welt des Ingenieurs, weil fast alle Parameter nur eine relative und keine absolute Bedeutung haben: Ein Leukozytenwert von 14.000 kann ein Alarmzeichen sein, andererseits aber keinerlei Anlass zur Besorgnis bieten. Tumore werden häufig als pflaumengroß, frauenfaustgroß etc. bezeichnet.

Das Substrat, mit dem der Chirurg arbeiten muss, ist anders als das des Ingenieurs. Lebendes Gewebe bzw. ein lebender Organismus sind um Größenordnungen anspruchsvoller zu bearbeiten als eine artifizielle Umgebung. Denn jeder Mensch ist ein Unikat! Es gibt keine Lösung, die für alle Patienten passt.

Unterschiede überwinden

Von Adam Fiolka, wissenschaftlicher Mitarbeiter der Forschungsgruppe MITI München am Klinikum rechts der Isar

Eine enge Zusammenarbeit zwischen Ingenieuren und Ärzten als zukünftigen Anwendern ist auf der einen Seite die Voraussetzung, um klinisch taugliche Systeme entwickeln zu können, und gleichzeitig eine Herausforderung. Denn die Arbeitsweise und Methodik beider Berufsgruppen unterscheidet sich doch stark. Während Klinker täglich auf unvorhersehbare Situationen rasch reagieren müssen und das Ergebnis nach einer überschaubaren Zeit bereits erkennbar ist, sind Ingenieure eher pragmatisch und genießen das Privileg, ihre Arbeitsschritte zu planen und Konzepte bereits vor der eigentlichen Arbeit theoretisch entwickeln zu können. Das eigentliche Ergebnis ist daher erst nach deutlich längerer Zeit erkennbar. Folglich ist die Zusammenarbeit nur möglich, wenn beide Gruppen bereit sind, die Vorgehensweise des Anderen zu akzeptieren, Probleme zu verstehen und teilweise auch Kompromisse einzugehen.

Obwohl die enge Zusammenarbeit zwischen Medizinern und Ingenieuren nicht immer leicht ist, ist sie grundlegend. Schaut man sich die Entwicklungen der jüngsten Jahre an, kann behauptet werden, dass schon viel zusammen erreicht wurde. Ohne die enge Kooperation wäre die operative Medizin sicher heute noch nicht dort, wo wir heute stehen. Dennoch gibt es auch weiterhin Rede- und Handlungsbedarf.

Problemstellungen detailliert definieren

In der Regel verfügen Ingenieure nur über Basiswissen in der Medizin und sind daher bei der Entwicklung neuer Geräte stark von Aussagen der Anwender abhängig. Eine zielorientierte Entwicklung kann deshalb nur stattfinden, wenn die Problemstellung genau und detailliert definiert wird. Dies kann mittels eines Lastenhefts geschehen, das aber nicht einseitig verfasst werden darf. Wichtig ist hierbei, dass die klinischen Ziele, alle Randparameter und mögliche Probleme detailliert beschrieben werden. Zudem kann nur der Anwender eine genaue Auskunft zum Stand der Technik und erkennbaren Trends geben. Eine weitere Herausforderung ist das Gebrauchsprinzip, das bereits vor der Entwicklung der ersten Prototypen vom Anwender definiert werden sollte.

Bei Eingriffen hospitieren

Während Mediziner täglich unzählige Briefe und Protokolle verfassen müssen, neigen Ingenieure dazu, mittels Bildern, Diagrammen und Skizzen zu kommunizieren. Lange Beschreibungen sind für sie eher ungewöhnlich und aufgrund der Fachbegriffe oft unverständlich. Zudem sind Ingenieure eher praktisch versiert und möchten Sachen selbst ausprobieren. Statt detaillierter Beschreibungen sollten Ingenieure daher die Möglichkeit bekommen, bei Eingriffen zu hospitieren oder unter Aufsicht an einem Modell zu üben und auf diese Weise die Problematik besser kennen zu lernen.

Mediziner brauchen technisches Grundwissen

Eine kontinuierliche gemeinsame Evaluation ist essenziell, um Entwicklungen an die Anforderungen der Anwender anzupassen. Ärzte sollten sich daher Zeit nehmen, um Prototypen in aller Ruhe zu testen. Alle Ergebnisse sollten kritisch gesehen werden. Dabei sollte nicht nur eine mögliche wissenschaftliche Publikation im Vordergrund stehen. Um die technische Problematik und Ergebnisse sachlich diskutieren zu können, sollten sich Mediziner mit der Technik befassen und ein technisches Grundwissen aneignen.

Geduld, Geduld, Geduld

Mediziner müssen Verständnis dafür aufbringen, dass erste Prototypen nicht auf Anhieb alle Anforderungen erfüllen. Denn Ingenieure sammeln während der gesamten Laufzeit von Projekten Erfahrungen und neigen dazu, zuerst einfache Funktionsmodelle zu realisieren. Diese strukturierte Vorgehensweise führt jedoch zu deutlich längeren Entwicklungszeiten und kann bei manch ungeduldigem Kliniker auf Unverständnis stoßen. Teilweise funktionieren die ersten Konzepte nicht wie gedacht und erfordern zusätzliche Entwicklungs- und Optimierungsarbeiten. Zum Teil ist die Komplexität so hoch, dass Vieles nicht mehr berechnet werden kann und eine Simulation erforderlich ist.

Nicht alle Grenzen können überwunden werden

Es kann aber durchaus auch passieren, dass Ingenieure an die Grenzen des technischen Machbaren kommen. Beispielsweise wenn eine Technologie noch nicht weit genug entwickelt ist, um für die entsprechende Problemstellung angewendet werden zu können. Eine weitere Limitation sind physikalische Effekte. Zudem können Randparameter, wie zum Beispiel für die Fertigung erforderliche Maschinen, die Entwicklungen nach Wünschen der Mediziner ausbremsen. Praktische Untersuchungen können ergeben, dass unvorhersehbare Effekte die eigentliche Funktion stören oder gar Schäden verursachen könnten. Abschließend ist immer die Problematik der medizintechnischen Spezifikationen und der Zulassung zu betrachten.

Eine kritische Abwägung der Nutzen-Entwicklungs-Verhältnisse ist deshalb in einem engen Kontext beider Fachdisziplinen nötig. Nicht zuletzt kann so das Risiko umgangen werden, dass die gesamte Entwicklung zu teuer wird.