Operationshilfe

Wien/Karlsruhe. Per Knopflochchirurgie ist heutzutage schon eine Vielzahl an Operationen möglich - von der Kniearthroskopie über den Blinddarm bis hin zum Lebertumor. Dabei bekommen Chirurgen mittels endoskopischer Kamera einen Liveblick in das Körperinnere. Handelt es sich beim Zielgebiet allerdings um weiches Gewebe, wie es bei Organen der Fall ist, verformt sich dieses beim Ansetzen des Skalpells oder auch beim Atemvorgang. Was sich dann im Inneren dieser Weichteile abspielt, können Kameras nicht mehr erfassen.

Denn verändert sich etwa die Oberfläche einer Leber durch oben beschriebene Einflüsse, dann verändert sich quasi auch die Oberfläche eines tief liegenden Tumors.

"Wir wollen dem Chirurgen zeigen, wo genau sich ein Tumor befindet", um optimale Operationsergebnisse erhalten zu können, erklärt Stefanie Speidel, Wissenschafterin des Karlsruher Instituts für Technologie im Gespräch mit der "Wiener Zeitung". Dazu wird eine Art Karte benötigt - ein 3D-Modell, das aus Patientendaten wie etwa einer Computertomografie erstellt wird. Als Organmodell diente den Forschern eine wirklichkeitsnahe Phantomleber.

Da sich die Leber während der Operation bewegt, "brauchen wir für den Chirurgen eine elastische Karte", um die Weichgewebedeformation anzeigen zu können, so Speidel. Das Wissenschafterteam hat nun eine echtzeitfähige Rechenmethode entwickelt, wodurch sich ein virtuelles Modell eines entsprechenden Organs an das verformte Oberflächenprofil anpassen lässt.

Die Vorgangsweise ist folgende: Die Wissenschafter erstellen vor der Operation ein 3D-Modell des betreffenden Organs samt Tumor. Während der Operation tasten Kameras die Oberfläche des Organs ab und erstellen eine starre Profilmaske. An diesen virtuellen Abdruck soll sich das 3D-Modell dann anschmiegen - ähnlich wie Wackelpudding an eine Form, beschreibt Speidel den Vorgang.

Die Forscher haben sich diesem geometrischen Problem der Formanpassung nun von physikalischer Seite genähert. "Wir modellieren das Oberflächenprofil als elektrisch negativ und das Volumenmodell des Organs als elektrisch positiv geladen", erklärt die Forscherin. "Da sich beide nun anziehen, gleitet das elastische Volumenmodell quasi von selbst in die unbewegliche Profilmaske hinein." Nun kann der Operateur erkennen, wie sich der Tumor mit der Verformung des Organs verschoben hat.

Das Modell der jungen Wissenschafter scheint genauer zu sein als bisherige Methoden, weil es auch biomechanische Faktoren - hier am Beispiel der Leber - berücksichtigt, etwa die unterschiedliche Elastizität des weichen Gewebes.

Der nächste Forschungsschritt ist die Modellerstellung in Echtzeit, um dann in weiterer Folge das Verfahren in der Klinik beim Patienten testen zu können, berichtet Speidel.