Robotik – das moderne Knie

Der Einsatz einer Knieendoprothese gehört zu den häufigsten orthopädischen Eingriffen in Deutschland. Jedes Jahr erhalten rund 180.000 Patienten ein künstliches Kniegelenk, weil Schmerzen, Instabilität oder Bewegungseinschränkungen trotz konservativer Maßnahmen nicht mehr beherrschbar sind. Neben bewährten Operationsverfahren gewinnen roboter-assistierte Systeme zunehmend an Bedeutung: Sie ermöglichen eine patientenindividuelle Planung der OP und die präzise Anpassung der Prothese an die spezifische Anatomie des Patienten. Zu modernen Behandlungsverfahren und deren Potenzial sprach die Redaktion des Leading Medicine Guide mit Univ.-Prof. Dr. med. Rüdiger von Eisenhart-Rothe.

Ob ein künstliches Kniegelenk die passende Therapieoption ist, lässt sich durch eine Kombination aus medizinischer Diagnostik, funktioneller Bewertung und individueller Lebenssituation zuverlässig einschätzen. Entscheidend ist nicht allein der Grad der Arthrose, sondern das Zusammenspiel aus Beschwerden, Einschränkungen und objektiven Befunden. 

„Bei der Frage nach dem richtigen Zeitpunkt für einen Gelenkersatz steht immer der individuelle Leidensdruck im Mittelpunkt. Wenn alltägliche Aktivitäten wie das Einkaufen oder der Spaziergang mit dem Hund nicht mehr schmerzfrei möglich sind oder nur noch mit Schmerzmitteln bewältigt werden können und zudem eine fortgeschrittene, radiologisch gesicherte Arthrose vorliegt, gilt ein künstliches Gelenk als sinnvolle Option. Das Alter spielt dabei eine untergeordnete Rolle. Die Vorstellung, man müsse bis 55 oder älter ,durchhalten´, gilt als überholt – denn gerade die Jahre, in denen man aktiv sein möchte, sollen nicht durch Schmerzen verloren gehen. Außerdem sollte man nicht etwa aus Angst abwarten: Denn die Funktion des Knies vor der Operation beeinflusst maßgeblich das Ergebnis danach. Wenn Fehlstellungen wie ein zunehmendes X-Bein die Bänder schädigen oder ein zunehmendes, ausgeprägtes Streckdefizit vorliegt, wird eine Standardprothese irgendwann nicht mehr ausreichen, und es werden komplexere Modelle nötig. Auch Begleiterkrankungen, körperliche Belastbarkeit und individuelle Erwartungen spielen eine Rolle, denn eine Prothese soll nicht nur Schmerzen lindern, sondern auch zur Lebenssituation passen“, erläutert von Eisenhart-Rothe.

3D-Planung und robotische Unterstützung haben in den vergangenen Jahren enorm viel in der Knieendoprothetik verändert. Die technische Unterstützung erlaubt es dem Chirurgen, patientenindividuell zu operieren.

„Früher wurden alle Knie nach demselben Schema operiert: Das Bein wurde begradigt und die Gelenklinie senkrecht dazu ausgerichtet, unabhängig davon, ob jemand ein O-Bein, ein X-Bein, eine männliche oder weibliche Anatomie hat. Heute weiß man, dass nur etwa 15 Prozent der Menschen überhaupt ein solches ,Lehrbuch-Knie´ besitzen. Die meisten haben von Natur aus ein leichtes O-Bein, bei Männern sogar häufig von über drei Grad. Wird ein solches Knie künstlich begradigt, fühlen sich viele Betroffene später nicht wirklich wohl damit – was unter anderem erklärt, warum 15 bis 20 Prozent der Patienten zwar keine Komplikationen haben, aber das Knie nicht wie ein eigenes Gelenk, ein sogenanntes ,vergessenes Gelenk´, empfinden. Genau hier setzt die moderne personalisierte Endoprothetik an. Mit 3D-Bildgebung lässt sich die individuelle Anatomie exakt erfassen, und die Robotik ermöglicht es, alle Schnitte hochpräzise auszuführen. So kann das künstliche Gelenk optimal an die natürliche Beinachse und die individuelle Anatomie angepasst werden. Der Roboter allein macht das Knie nicht automatisch besser – er schafft vielmehr die technische Voraussetzung, um diese personalisierte Philosophie überhaupt umsetzen zu können. Es gibt dennoch Situationen, in denen die Robotik nicht eingesetzt werden kann. Fast alle Systeme sind an bestimmte Prothesenmodelle gebunden, die oftmals keine nickelfreie Option bieten. Auch bei sehr starken Fehlstellungen, die eine gekoppelte Prothese erfordern, wird klassisch operiert, weil diese Implantate nicht in die robotergestützten Systeme integriert sind und aufgrund der Kopplung klassisch mechanisch ausgerichtet sind“, sagt von Eisenhart-Rothe und ergänzt zur Nickelallergie:

„Bei der Frage nach Nickelallergien und Knieprothesen prallen zwei Sichtweisen aufeinander: In Deutschland wird das Thema häufiger berücksichtigt, während viele andere Länder – darunter auch die USA, aus denen die meisten Robotersysteme stammen – Nickelallergien im Zusammenhang mit Implantaten kaum als Problem sehen. Der Grund: Nickel verursacht in erster Linie T-Zell-vermittelte Kontaktallergien, also Reaktionen auf der Haut, etwa durch Modeschmuck oder Jeansknöpfe. Dass eine tief im Körper liegende Knieprothese eine echte allergische Reaktion auslöst, kommt vor, aber extrem selten – Schätzungen liegen unter einem Prozent. Trotzdem spielt die Psyche eine große Rolle. Wenn jemand eine ausgeprägte Nickelallergie hat und später Schmerzen entwickelt, wird schnell die Prothese verdächtigt – selbst wenn die Beschwerden andere Ursachen haben. Um solche Situationen zu vermeiden, bieten z. B. deutsche und Schweizer Hersteller (titan-)beschichtete oder nickelfreie Implantate an, bei denen das Nickel keinen Kontakt zum Gewebe hat. Robotersysteme sind jedoch geschlossene Systeme, die nur mit bestimmten Prothesen kompatibel sind – meist amerikanischen Modellen, die keine nickelfreien Varianten anbieten. Deshalb können Patienten mit Nickelallergie nicht immer robotergestützt operiert werden. Manchmal lässt sich das Risiko gemeinsam abwägen: Viele akzeptieren trotz Allergie ein Standardimplantat, wenn sie verstehen, wie gering das tatsächliche Risiko ist. Wer jedoch ausdrücklich ein nickelfreies Implantat wünscht, wird nach der konventionellen OP-Technik ohne Roboter operiert“.

Grundlage der personalisierten Knieendoprothetik ist die moderne 3D-Bildgebung. Anhand des dreidimensionalen Abbilds des Gelenks des Patienten, kann der Arzt schon vor der Operation die beste Position der Prothese zur Rekonstruktion des Knies im Knochen ermitteln. Dadurch kann die Implantation optimal geplant und an die persönliche Anatomie des Patienten angepasst werden.

Revisionsoperationen gehören zu den forderndsten Eingriffen in der Knieendoprothetik, weil die anatomischen Normalbedingungen verloren sind, und ein stark verändertes, oft vorgeschädigtes Gewebe- und Knochenlager rekonstruiert werden muss. Festsitzende oder gelockerte Primärimplantate müssen materialschonend entfernt und meist erhebliche Knochendefekte ausgeglichen werden. Auch hier kann Robotik zukünftig einen wertvollen Beitrag.

Univ.-Prof. Dr. med. Rüdiger von Eisenhart-Rothe dazu: „Revisionseingriffe gehören auch unabhängig von der Technik zu den anspruchsvollsten Operationen in der Knieendoprothetik. Zunächst muss eindeutig geklärt werden, warum eine bestehende Prothese Beschwerden verursacht. Dabei steht an erster Stelle immer der Ausschluss einer Infektion, da diese priorisiert behandelt werden muss. Ist kein Infekt nachweisbar, müssen insbesondere mechanische Ursachen abgeklärt werden – beispielsweise eine Lockerung der Prothese, eine Fehlstellung oder Probleme im Bereich der Kniescheibe. Erst wenn die Schmerzursache eindeutig identifiziert wurde und sich durch einen Prothesenwechsel tatsächlich beheben lässt, sollte eine Revision erfolgen. Ein Wechsel ohne gesicherte Diagnose ist mit deutlich schlechteren Erfolgsaussichten verbunden. Grundsätzlich kann die Robotik auch nach Voroperationen eingesetzt werden, sofern die anatomischen Voraussetzungen erhalten geblieben sind. Wurden zuvor lediglich gelenkerhaltende Eingriffe wie Arthroskopien oder Umstellungsosteotomien durchgeführt, bestehen in der Regel keine Einschränkungen. Komplexer wird die Situation, wenn eine einliegende (Teil-)Knieprothese ersetzt werden muss. Dann hängt der Einsatz der Robotik wesentlich vom vorhandenen Knochenbestand und vom einliegenden sowie vom benötigten Implantat ab. Sind größere Knochendefekte vorhanden oder wird eine stärker gekoppelte Prothese erforderlich, operiert man wieder nach dem konventionellen Operationsverfahren, weil personalisierte Einstellungen dann nicht mehr sinnvoll umsetzbar sind und die Systeme dafür nicht ausgelegt sind“.

Die präzise robotische Implantation der Knieprothese schafft ausgezeichnete biomechanische Voraussetzungen für eine lange Standzeit. 

Univ.-Prof. Dr. med. Rüdiger von Eisenhart-Rothe: „Dass roboterassistiert eingesetzte Knieendoprothesen länger halten, dafür gibt es tatsächlich gute Hinweise. Ein großer Vorteil der Robotik liegt in der außerordentlich präzisen Umsetzung der Planung. Studien zeigen, dass robotergestützte Systeme die geplanten Achsen und Zielwinkel zuverlässiger erreichen als die freie Hand. Dadurch werden Fehlpositionierungen reduziert – ein wesentlicher Faktor für eine langfristig stabile Funktion der Prothese. Der größte Vorteil liegt jedoch in der personalisierten Positionierung der Prothese. Weil die Implantation auf einer präzisen patientenindividuellen Planung basiert, sind häufig weniger Eingriffe an den Weichteilen erforderlich. Das führt zu geringeren Gewebeschäden, weniger postoperativen Schmerzen und oftmals zu einer schnelleren Rehabilitation. Ob Robotik grundsätzlich zu einer höheren langfristigen Patientenzufriedenheit oder einer längeren Haltbarkeit aller Knieprothesen führt, lässt sich derzeit wissenschaftlich noch nicht abschließend beantworten. Viele Studien vergleichen lediglich den Einsatz eines Roboters mit der konventionellen Operation und ignorieren dabei die Alignment-Technik. Der eigentliche Mehrwert entsteht jedoch erst dann, wenn die Technik konsequent für eine personalisierte Rekonstruktion des Kniegelenks genutzt wird. Besonders überzeugend ist die Datenlage bei Teilgelenkersatzprothesen, den sogenannten Schlittenprothesen. Registerdaten zeigen hier deutlich geringere Revisionsraten und weniger Komplikationen – teilweise sogar bessere Ergebnisse als bei sehr erfahrenen Operateuren mit hohen Fallzahlen. Gerade bei diesen Eingriffen entscheidet die exakte Implantatposition über den langfristigen Erfolg, und genau hier spielt die Robotik ihre größten Stärken aus“.

Robotik macht eine Knieprothese nicht automatisch besser, aber sie schafft die technischen Voraussetzungen für eine präzisere, schonendere und in bestimmten Bereichen nachweislich langlebigere Versorgung.

2019 hat die Klinik für Orthopädie damit begonnen, Robotersysteme bei der Implantation von Knieendoprothesen einzusetzen. Um diese weiter zu verbessern, wurden eigene Forschungsgruppen aufgebaut, die Robotik, künstliche Intelligenz und Orthopädie miteinander verbinden sollen. 

Univ.-Prof. Dr. med. Rüdiger von Eisenhart-Rothe: „Seit etwa sieben Jahren setzen wir die roboterassistierte Knieendoprothetik ein und haben inzwischen über 1600 Mako-Knieprothesen implantiert. Mittlerweile stehen uns zwei Robotersysteme zur Verfügung. Zusätzlich haben wir zusammen mit der Munich School of Robotics eine Forschungsplattform, die klinische Versorgung, Forschung und Ausbildung eng miteinander verbindet. Unser Ziel reicht dabei weit über den reinen klinischen Einsatz neuer Technik hinaus. Personalisierte Kniechirurgie ist nur dann sinnvoll, wenn wir verstehen, welche Operationsstrategie für welche Anatomie tatsächlich die besten Ergebnisse liefert. Der Roboter stellt uns dafür eine Vielzahl objektiver Daten zur Verfügung: Wie viel Knochen wurde reseziert? Wie war die Bandspannung? Welche Beinachse wurde eingestellt? Diese Informationen verknüpfen wir mit dem langfristigen Behandlungserfolg unserer Patientinnen und Patienten und mit funktionellen Daten. Auf diese Weise entsteht Schritt für Schritt ein digitaler Zwilling des Kniegelenks. Langfristig soll daraus ein intelligentes Entscheidungssystem entstehen, das Chirurginnen und Chirurgen dabei unterstützt, für jede individuelle Knieanatomie die optimale Operationsstrategie auszuwählen. Parallel dazu haben wir die NewKnee-App entwickelt. Sie nutzt die Bewegungssensoren des Smartphones und dokumentiert objektiv, wie sich die Funktion des Kniegelenks nach einer Operation oder im Verlauf einer Arthrose entwickelt. So können Patientinnen und Patienten nachvollziehen, wie sich Beweglichkeit, Gehstrecke und Aktivität im Alltag verändern. Die Bewegungsdaten aus Smartphones und Wearables wie Fitnesstrackern bieten enormes Potenzial. Aus den aufgezeichneten Beschleunigungsdaten lässt sich mit hoher Wahrscheinlichkeit ableiten, wie gut ein Kniegelenk funktioniert. Besonders spannend ist, dass sich erste funktionelle Veränderungen möglicherweise bereits Jahre vor einer klinischen Arthrosediagnose erkennen lassen. Gelingt dies zuverlässig, könnten wir künftig deutlich früher therapeutisch eingreifen und einer fortschreitenden Gelenkschädigung entgegenwirken. Auch in der Nachsorge eröffnen Wearables völlig neue Möglichkeiten. Sie erlauben eine kontinuierliche digitale Verlaufskontrolle, unterstützen individuell angepasste Trainingsprogramme und schaffen eine engmaschige Betreuung – ohne, dass sich Patienten regelmäßig persönlich in der Klinik vorstellen müssen“. 

Die Spezialisierung einer Klinik ist für den Erfolg einer Knieendoprothese entscheidend. Neben hohen Operationszahlen beeinflussen Routine und eingespielte Abläufe unmittelbar Qualität und Sicherheit eines Eingriffs.

Univ.-Prof. Dr. med. Rüdiger von Eisenhart-Rothe: „Erfahrung und Routine sind in der Endoprothetik wesentliche Qualitätsfaktoren. Deshalb halte ich eine stärkere Zentralisierung komplexer Eingriffe für sinnvoll. Dabei ist nicht die Gesamtzahl der Operationen eines Hauses entscheidend. Ebenso wichtig ist, dass die Operateure regelmäßig implantieren und ein erfahrenes interdisziplinäres Team zur Verfügung steht. Nur so entstehen eingespielte Abläufe und eine hohe Behandlungssicherheit. Bei komplexen Wechseloperationen oder periprothetischen Infektionen zeigt sich der Vorteil spezialisierter Zentren besonders deutlich. Wer gezielt nach einer roboterassistierten Versorgung sucht, hat es allerdings schwer, weil es bislang kein offizielles Verzeichnis spezialisierter Zentren gibt, und das bloße Vorhandensein eines Roboters kein ausreichendes Qualitätsmerkmal ist. Ein wichtiger Qualitätsindikator für Patienten ist die EndoCert-Zertifizierung. Zentren der Maximalversorgung müssen dauerhaft hohe Fallzahlen, strukturierte Behandlungsabläufe sowie eine ausgewiesene Expertise in der Primär- und Wechselendoprothetik nachweisen. Das schafft ein Qualitätsniveau, das insbesondere bei komplexen Eingriffen einen entscheidenden Unterschied machen kann. Am Ende zählt aber auch die persönliche Ebene. Man sollte sich gut beraten fühlen, die vorgeschlagene Behandlungsstrategie nachvollziehen können und Vertrauen zum Operateur entwickeln. Wenn diese Basis stimmt, ist es sinnvoll, sich auf eine gemeinsame Therapieentscheidung einzulassen. Das Einholen zu vieler Zweitmeinungen führt nicht selten zu Verunsicherung. Ein Gedanke noch zum Schluss: Für den Operateur gehört der Gelenkersatz zum klinischen Alltag – für den Patienten bedeutet er häufig die Rückkehr zu Mobilität, Selbstständigkeit und Lebensqualität. Dieses Bewusstsein verpflichtet uns Operateure, jeden Eingriff mit höchster Präzision, größter Sorgfalt und voller Aufmerksamkeit durchzuführen“.

• Direktor der Klinik und Poliklinik für Orthopädie und Sportorthopädie am TUM Klinikum Rechts der Isar; einer der führenden Experten für Knie-, Hüftendoprothetik und Tumororthopädie in Deutschland.
• Spezialisiert auf Primär- und Wechselendoprothetik, Individualprothesen, roboterassistierten Gelenkersatz und komplexe Tumoroperationen.
• Leiter eines EPZmax-zertifizierten Endoprothetikzentrums und eines anerkannten Sakromzentrums; jährlich über 1400 Endoprothesen.
• Präsident der Deutschen Gesellschaft für Endoprothetik e.V. (AE), Past- Präsident der Deutschen Kniegesellschaft e.V., Gründungspräsident der Deutschen Hüftgesellschaft und AE – Master-Endoprothetiker.
• Über 300 wissenschaftliche Publikationen, Herausgeber von „Der Orthopäde“, regelmäßig als Top-Mediziner ausgezeichnet.