Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Algorithmen für die Leberchirurgie – weltweit sicherer operieren

17.05.2018

Die Leber durchlaufen vier komplex verwobene Gefäßsysteme. Die chirurgische Entfernung von Tumoren ist daher oft eine schwierige Aufgabe. Das Fraunhofer-Institut für Bildgestützte Medizin MEVIS hat Algorithmen entwickelt, die die Bilddaten von Patienten analysieren und chirurgische Risiken berechnen. Leberkrebsoperationen werden damit besser planbar und sicherer.

Jährlich erkranken weltweit 750.000 Menschen neu an Leberkrebs, viele weitere entwickeln Lebermetastasen aufgrund anderer Krebserkrankungen. Ein chirurgischer Eingriff bietet nach wie vor die besten Heilungschancen.


© Fraunhofer MEVIS

Planung und Risikoanalyse für die chirurgische Entfernung eines zentral gelegenen Lebertumors.


© Kai Michalak

Dr. Stephan Zidowitz, Alexander Köhn und Andrea Schenk haben Algorithmen entwickelt, die die Bilddaten von Patienten analysieren und chirurgische Risiken berechnen. Leberkrebsoperationen werden damit besser planbar und sicherer.

Doch schon geringe Veränderungen der chirurgischen Schnittführung können dramatischen Einfluss auf das Operationsergebnis haben: Durch einen falschen Schnitt kann der Zu- oder Abfluss des Blutes in der Leber gestört und die Funktion des Organes beeinträchtigt werden. Die komplex ineinander verschränkte Gefäßanatomie ist anhand von CT- oder MRT-Bildern kaum zu durchschauen.

Das Fraunhofer-Institut für Bildgestützte Medizin MEVIS in Bremen hat eine Software entwickelt, die radiologische Aufnahmen des Patienten analysiert. Sie generiert ein detailliertes dreidimensionales Modell der Leber und ihrer Gefäßsysteme. Ver- und Entsorgungsgebiete der Blutgefäße werden berechnet und helfen, die Risiken möglicher Schnittführungen zur Entfernung der Tumoren zu ermitteln.

Chirurgen können mit diesen Informationen ihre Operation genau vorbereiten, indem sie die optimalen Schnitte am Bildschirm planen. Die Analyse der Gefäßanatomie in der Umgebung des Tumors hilft zudem, kritische Abschnitte des geplanten Vorgehens genau zu lokalisieren.

Der Chirurg erhält sozusagen eine Risikokarte des Resektionsweges und weiß, an welchen Stellen wenig Spielraum für Abweichungen von der optimalen Schnittführung besteht, der einzuhaltende Schnittkorridor also besonders eng ist.

Die Software macht dabei auch Vorschläge für die Schnittführung. »Das sind aber nur Vorschläge, die Entscheidung muss der Chirurg oder die Chirurgin selber fällen«, sagt Dr. Andrea Schenk, Head of Liver Research bei MEVIS. Studien belegen, dass Leberoperationen mit Hilfe der MEVIS-Analyse effizienter und sicherer verlaufen. Zudem kann der Blutverlust reduziert werden. Die Analysealgorithmen machen im Einzelfall auch eine besonders heikle Operation sicher durchführbar, die in der Vergangenheit noch als zu riskant galt.

Bahnbrechende Innovation bei der Leberlebendspende

Bei der Leberlebendspende wird das Organ im Spender geteilt und ein Teil in den Empfänger verpflanzt. Nach der Operation müssen die beiden Teile in Empfänger und Spender funktionieren und wieder wachsen. Die MEVIS-Analyse der Leber zeigt den Medizinern, welche Funktionseinschränkungen aus der bei der Teilung unvermeidlichen Durchtrennung großer Gefäße folgen, und ermöglicht so Vorhersagen der postoperativen Leberfunktion bei Spender und Empfänger. Das chirurgische Vorgehen kann so optimal angepasst werden, um das Risiko des Organversagens nach der Operation zu minimieren.

Entscheidend für die Qualität der MEVIS-Analyse sind jedoch nicht allein Algorithmen und Informatik-Knowhow. Wichtig ist der intensive Austausch mit Chirurgen und Klinikexperten. »Erst durch diesen Austausch haben wir gelernt, worauf es bei der Software in der Praxis ankommt und wie wir unser System verbessern können«, erklärt Alexander Köhn.

Die Bremer Forscher scheuen dabei auch nicht den Gang in die Klinik, um die praktischen Probleme der Ärzte zu erleben. Diese stehen vor der Herausforderung, die Planungsdaten der MEVIS-Analyse in den Operationssaal zu bringen. MEVIS-Experte Köhn hat in enger Zusammenarbeit mit Ärzten der Universität Yokohama in Japan eine App für das iPad entwickelt. Dieses kann der Chirurg, steril in Folie verpackt, in den OP mitnehmen und damit während der Operation alle Planungsdaten einsehen.

Die App geht aber noch einen Schritt weiter. Sie kombiniert die Planungsdaten mit Augmented Reality. Dazu schaltet der Arzt die Kamera im iPad ein und richtet diese auf die Leber des Patienten. Das zuvor mithilfe der Algorithmen generierte dreidimensionale Abbild der Patientenleber wird dem Bild der Kamera überlagert und zeigt ortsgenau die Lage der Blutgefäße und Tumoren unter der Leberoberfläche.

Joseph-von-Fraunhofer-Preis 2018

Seit 1998 arbeiten die Fraunhofer-Forscherinnen und Forscher in einer langen Folge von Projekten an den bildverarbeitenden Algorithmen für den Einsatz in der Medizin. Die Methode ist inzwischen als MEVIS-Analyse bei Ärzten weithin bekannt und in der Praxis etabliert. Gemeinsam mit ihren Kollegen Zidowitz und Köhn hat Teamleiterin Andrea Schenk nun den Joseph-von-Fraunhofer-Preis des Jahres 2018 erhalten. Mit dem Preis würdigt die Jury neben der wissenschaftlichen Exzellenz auch die praktische Wirksamkeit der Operationsunterstützung, die langjährige Expertise des MEVIS-Teams in der Leberchirurgie sowie den gesellschaftlichen Vorbildcharakter des Forschungsprojekts.

Bianka Hofmann | Fraunhofer Forschung Kompakt
Weitere Informationen:
https://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2018/Mai/algorithmen-fuer-die-leberchirurgie-weltweit-sicherer-operieren.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizintechnik:

nachricht Grünen Star effektiv therapieren: Wächter über den Augeninnendruck
02.07.2018 | Fraunhofer Institute for Microelectronic Circuits and Systems IMS

nachricht Künstliche Bauchspeicheldrüse bewährt sich im Spital
26.06.2018 | Universitätsspital Bern

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizintechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Was passiert, wenn wir das Atomgitter eines Magneten plötzlich aufheizen?

„Wir haben jetzt ein klares Bild davon, wie das heiße Atomgitter und die kalten magnetischen Spins eines ferrimagnetischen Nichtleiters miteinander ins Gleichgewicht gelangen“, sagt Ilie Radu, Wissenschaftler am Max-Born-Institut in Berlin. Das internationale Forscherteam fand heraus, dass eine Energieübertragung sehr schnell stattfindet und zu einem neuartigen Zustand der Materie führt, in dem die Spins zwar heiß sind, aber noch nicht ihr gesamtes magnetisches Moment verringert haben. Dieser „Spinüberdruck“ wird durch wesentlich langsamere Prozesse abgebaut, die eine Abgabe von Drehimpuls an das Gitter ermöglichen. Die Forschungsergebnisse sind jetzt in "Science Advances" erschienen.

Magnete faszinieren die Menschheit bereits seit mehreren tausend Jahren und sind im Zeitalter der digitalen Datenspeicherung von großer praktischer Bedeutung....

Im Focus: Erste Beweise für Quelle extragalaktischer Teilchen

Zum ersten Mal ist es gelungen, die kosmische Herkunft höchstenergetischer Neutrinos zu bestimmen. Eine Forschungsgruppe um IceCube-Wissenschaftlerin Elisa Resconi, Sprecherin des Sonderforschungsbereichs SFB1258 an der Technischen Universität München (TUM), liefert ein wichtiges Indiz in der Beweiskette, dass die vom Neutrino-Teleskop IceCube am Südpol detektierten Teilchen mit hoher Wahrscheinlichkeit von einer Galaxie in vier Milliarden Lichtjahren Entfernung stammen.

Um andere Ursprünge mit Gewissheit auszuschließen, untersuchte das Team um die Neutrino-Physikerin Elisa Resconi von der TU München und den Astronom und...

Im Focus: First evidence on the source of extragalactic particles

For the first time ever, scientists have determined the cosmic origin of highest-energy neutrinos. A research group led by IceCube scientist Elisa Resconi, spokesperson of the Collaborative Research Center SFB1258 at the Technical University of Munich (TUM), provides an important piece of evidence that the particles detected by the IceCube neutrino telescope at the South Pole originate from a galaxy four billion light-years away from Earth.

To rule out other origins with certainty, the team led by neutrino physicist Elisa Resconi from the Technical University of Munich and multi-wavelength...

Im Focus: Magnetische Wirbel: Erstmals zwei magnetische Skyrmionenphasen in einem Material entdeckt

Erstmals entdeckte ein Forscherteam in einem Material zwei unabhängige Phasen mit magnetischen Wirbeln, sogenannten Skyrmionen. Die Physiker der Technischen Universitäten München und Dresden sowie von der Universität zu Köln können damit die Eigenschaften dieser für Grundlagenforschung und Anwendungen gleichermaßen interessanten Magnetstrukturen noch eingehender erforschen.

Strudel kennt jeder aus der Badewanne: Wenn das Wasser abgelassen wird, bilden sie sich kreisförmig um den Abfluss. Solche Wirbel sind im Allgemeinen sehr...

Im Focus: Neue Steuerung der Zellteilung entdeckt

Wenn eine Zelle sich teilt, werden sämtliche ihrer Bestandteile gleichmässig auf die Tochterzellen verteilt. UZH-Forschende haben nun ein Enzym identifiziert, das sicherstellt, dass auch Zellbestandteile ohne Membran korrekt aufgeteilt werden. Ihre Entdeckung eröffnet neue Möglichkeiten für die Behandlung von Krebs, neurodegenerative Krankheiten, Alterungsprozessen und Virusinfektionen.

Man kennt es aus der Küche: Werden Aceto balsamico und Olivenöl miteinander vermischt, trennen sich die beiden Flüssigkeiten. Runde Essigtropfen formen sich,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Interdisziplinäre Konferenz: Diabetesforscher und Bioingenieure diskutieren Forschungskonzepte

13.07.2018 | Veranstaltungen

Conference on Laser Polishing – LaP: Feintuning für Oberflächen

12.07.2018 | Veranstaltungen

Materialien für eine Nachhaltige Wasserwirtschaft – MachWas-Konferenz in Frankfurt am Main

11.07.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Vertikales Begrünungssystem Biolit Vertical Green<sup>®</sup> auf Landesgartenschau Würzburg

16.07.2018 | Architektur Bauwesen

Feinstaub macht Bäume anfälliger gegen Trockenheit

16.07.2018 | Biowissenschaften Chemie

Wie Krebszellen Winterschlaf halten

16.07.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics