Gehirntumore nichtinvasiv diagnostizieren
Hirntumore zählen zu den ernstesten und schwierigsten Erkrankungen, mit denen wir es zu tun bekommen. Trotz großer Fortschritte bei aggressiven neuen Behandlungen, bei denen chirurgischer Eingriff, Strahlentherapie und Chemotherapie kombiniert werden, bleibt die Behandlung hartnäckiger oder lokal wiederkehrender Gehirntumoren in der Realisierung unklar. Grund dafür ist, dass traditionelle Diagnosen internistischer Tumoren auf Grundlage von Exzisionsbiopsie, gefolgt von Histologie oder Zytologie, ablaufen. Das Problem an dieser Methode besteht darin, dass es sich um einen aggressiven und invasiven Prozess mit möglichen Nebenwirkungen und Komplikationen handelt. Da keine diagnostischen Informationen in Echtzeit zur Verfügung stehen, müssen die Gewebe überdies in einem Labor weiterverarbeitet werden – und das ist bei einer Krankheit, bei der die Zeit eine wesentliche Rolle spielt, ein langwieriger Schritt. Für die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des von der EU finanzierten HELICOID-Projekts führt ein Weg zur Verbesserung der Diagnose über die bessere Lokalisierung bösartiger Tumoren bei chirurgischen Eingriffen durch den Einsatz hyperspektraler bildgebender Verfahren. „Das im Rahmen dieses Projekts entwickelte hyperspektrale System soll die Tumorresektion bei chirurgischen Eingriffen verbessern und damit das Risiko von Rückfällen senken und die Lebenserwartung verlängern“, erklärt HELICOID-Forschungsleiter Gustavo Marrero Callico. „Unser System reduziert im Wesentlichen die Menge an bei einem chirurgischen Eingriff entfernten gesundem Gewebe, wodurch die Morbidität verringert und die Rehabilitation verbessert wird. Infolgedessen hat es direkten Einfluss auf die Lebensqualität der behandelten Patientinnen und Patienten.“ Hyperspektrale Bildgebung ist ein berührungsloses, nicht ionisierendes und minimalinvasives Erkennungsverfahren. Während eine konventionelle Kamera Bilder in drei Farbkanälen (rot, blau und grün) erfasst, erfasst eine Hyperspektralkamera die Daten innerhalb einer großen Anzahl von benachbarten und schmalen Spektralbändern sowie über einen breiten Spektralbereich des elektromagnetischen Spektrums hinweg. Bildverarbeitung in Echtzeit Wichtigstes Ergebnis des Projekts ist ein nichtinvasives hyperspektrales medizinisches Bildgebungssystem, das bei neurochirurgischen Resektionsverfahren Tumorränder von freigelegtem Hirngewebe in Echtzeit zeigen kann. Für das System nutzt man einen intraoperativen Versuchsaufbau auf Basis nichtinvasiver Hyperspektralkameras, die mit einer ein Algorithmenpaket ausführenden Plattform verbunden sind, das zwischen gesunden und pathologischen Geweben unterscheiden kann. Die Chirurgen bekommen diese Informationen über eine Anordnung von Displays, welche die konventionellen Bilder mit einer simulierten Farbkarte überlappen, welche die Wahrscheinlichkeit eines momentan freigelegten Gewebes als krebsartig anzeigt. Letztlich kann in Echtzeit, noch während des chirurgischen Eingriffs, Krebsgewebe erkannt werden. Große Vorteile Diese Einbindung von hyperspektralen Bildgebungs- und intraoperativen bildgeführten Chirurgiesystemen wird direkten Einfluss auf die Behandlungserfolge bei den Patientinnen und Patienten haben. Beispielsweise gestattet das HELICOID-System die Bestätigung einer vollständigen Resektion noch während des chirurgischen Eingriffs, wodurch Komplikationen in Verbindung mit der Körpermassenverschiebung vermieden werden. Außerdem verleiht es den Chirurgen – sowie den Patienten – die Zuversicht, dass die Ziele des chirurgischen Eingriffs erreicht wurden. Callico zufolge sind die Vorteile vielfältig: „Es ist eine vollständig nichtinvasive Verfahrensweise, bei der wir keine Kontrastmittel spritzen müssen“, erläutert er. „Außerdem handelt es sich um eine Methode ohne ionisierende Strahlung, also verändern wir keineswegs die Eigenschaften des Hirngewebes – und sie verschafft dem Chirurgen viele Informationen, und das in Echtzeit, noch während der Operation.“ Auf Grundlage der während der Entwicklung dieses Projekts gewonnenen Erfahrungen wird man viele weitere, den Menschen beeinträchtigende Krebsarten untersuchen und möglicherweise über das HELICOID-System diagnostizieren können. „Der nächste Schritt wird nun sein, diese Technik auf andere Tumoren, etwa in Lunge, Brust und Dickdarm, anzuwenden“, fügt Callico hinzu. „Wir träumen davon, ein brandneues Spezialgebiet ins Leben zu rufen, das wir Hyperspektralmedizin nennen könnten.“
Schlüsselbegriffe
HELICOID, Gehirntumor, Hirntumor, chirurgischer Eingriff, Chirurgie, hyperspektrale Bildgebung