Sensorgesteuerte Präzision: die Zukunft der chirurgischen Tumorentfernung

Die vollständige Entfernung von bösartigen Tumoren ist ein entscheidender Faktor für den Erfolg einer Krebsbehandlung. Bisher sind die dafür notwendigen Gewebeuntersuchungen zeitaufwendig. In Zukunft könnten sensorbasierte Verfahren ins Spiel kommen, um Chirurginnen und Chirurgen dabei zu unterstützen, Tumorgrenzen genauer zu erkennen und somit eine präzisere Operation durchführen zu können.

Prof. Orlando Guntinas-Lichius gibt in diesem Interview mit MEDICA.de einen Einblick in die Herausforderungen auf diesem Gebiet sowie über aktuelle Forschungsvorhaben, an denen er beteiligt ist.

Herr Prof. Guntinas-Lichius, um direkt einzusteigen: Was ist sensorbasierte Chirurgie genau und wie funktioniert sie?

Prof. Orlando Guntinas-Lichius: Die sensorbasierte Chirurgie basiert auf der Kombination aus biophotonischen und biomechanischen Verfahren. Mit Biophotonik wird Licht bestimmter Wellenlängen ins Gewebe geleitet werden. Dieses Licht interagiert mit den Molekülen im Gewebe und erzeugt Effekte wie Streuung und Reflexion.

Durch die Analyse dieser Effekte können Operierende wichtige Informationen über das Gewebe erhalten und zwischen Tumor und gesundem Gewebe unterscheiden. Es ist wie ein "Lichtscanner" für das Gewebe. Mit Biomechanik messen wir zusätzlich die mechanische Impedanz, also die Elastizität des Gewebes.

Welche Vorteile bringt die sensorbasierte Chirurgie für die Tumorentfernung mit sich?

Guntinas-Lichius: Vor allem geht es darum, die Präzision der Tumorentfernung zu verbessern. Bei der Entfernung von Tumoren in sensiblen Bereichen, wie dem Kopf-Hals-Bereich oder der Neurochirurgie, ist Präzision entscheidend, um gesundes Gewebe zu schonen und mögliche Rückfälle zu verhindern.

Daher arbeiten wir daran, die Robotik mehr in die klassische Chirurgie zu integrieren. Hier arbeiten wir mit sogenannter passiver Robotik. Das heißt, meine Armbewegungen werden auf die Roboterarme umgesetzt. Das ermöglicht theoretisch eine Schnittpräzision von etwa 0,1 Millimeter. Also sehr viel präziser als es mit der Hand möglich ist.

Doch können wir diese Präzision momentan gar nicht nutzen, weil sich die Tumorgrenzen nicht so eindeutig anzeigen lassen. Es gibt zwar ein dreidimensionales Bild, da zwei Endoskope eingesetzt werden. Aber wir arbeiten ausschließlich mit Weißlicht. Das heißt, wir sehen ein weißes Bild, und entscheiden dann mit Hilfe verschiedener Parameter, wo wir schneiden oder nicht.

Sensorbasierte Verfahren ermöglichen es Chirurginnen und Chirurgen, die Tumorgrenzen genauer zu erkennen und so eine effektivere und sicherere Operation durchzuführen. Und mithilfe dieser Technologie ließe sich theoretisch auch das volle Potenzial der Robotik nutzen.

Welche Daten lassen sich mit der sensorbasierten Technologie noch erfassen?

Guntinas-Lichius: Ein Team von Forschenden, dem ich angehöre, arbeitet an einer Technologie, die die Gewebeelastizität misst und den Operierenden haptisches Feedback gibt. Das ermöglicht eine noch genauere Unterscheidung zwischen gesundem Gewebe und Tumor während der Operation. Diese Technologie zeigt viel Potenzial für die Kopf-Hals-Chirurgie und die Neurochirurgie. Die Haptisierung der Information, also den Tumor und seine Grenzen fühlbar zu machen, ist für eine verbesserte und intuitive Operationsführung, insbesondere in der Kombination mit Robotik, eine wichtige Neuerung.

Während der OP müssen Entscheidungen schnell getroffen werden. Wie schnell lassen sich die Daten abrufen?

Guntinas-Lichius: Leider sind bislang keine Echtzeitdaten möglich. Immer noch müssen Chirurginnen und Chirurgen nach der Entfernung des Tumors Proben zur Pathologie schicken, um weitere Untersuchungen durchzuführen. Doch jetzt arbeiten Forschende aus Medizin, Informatik und Physik zusammen, um die Operation schichtweise vorzunehmen.

Anders als die optische Kohärenztomographie (OCT) und die optoakustische Tomografie, mit denen es heute bereits theoretisch möglich ist, einige Zentimeter in das Gewebe vorzudringen, hat die von uns biophotonisch eingesetzt multimodale Bildgebung nur eine geringe Eindringtiefe. Daher basiert unser Konzept darauf, diese Messungen iterativ zu wiederholen, bis der Tumor vollständig entfernt ist – also messen, schneiden, erneut messen, schneiden, und so weiter.

Ein weiterer wichtiger Punkt ist die detailgenaue Visualisierung. Ein spezialisiertes Forschungsteam arbeitet an intuitiven und benutzerfreundlichen Visualisierungssystemen, die zum Beispiel in Endoskopen integriert werden können. Diese Technologie zeigt viel Potenzial und könnte in naher Zukunft die chirurgische Praxis revolutionieren. Aber auch hier stehen wir noch am Anfang. Am Ende wird es an der Rechnerleistung liegen, wie schnell die Daten vorliegen.

Gibt es bereits konkrete Anwendungen oder ist die Technologie noch in der Forschungsphase?

Guntinas-Lichius: Die Technologie befindet sich noch in der Forschungsphase. Erste Studien werden gerade vorbereitet. Doch wie so oft in der medizinischen Forschung dauert es lange, bis alle Studien abgeschlossen sind und neue Technologien zugelassen werden. Wir rechnen mit mindestens zehn Jahren.