Smartes Bildgebungssystem für Tumor-Operationen

Ein smartes Bildgebungssystem soll bei Tumor-OPs künftig für mehr Präzision sorgen. Im Verbundprojekt STAIN entwickelt das Team um Prof. Marianne Maktabi eine Kamera, die mit unsichtbarem Licht arbeitet und Tumorgewebe von gesundem Gewebe unterscheiden kann.

Das Prinzip ist bekannt: Licht strahlt auf das Gewebe, das reflektierte Licht wird in seine einzelnen Wellenlängen zerlegt. Jedes Gewebe hinterlässt dabei eine charakteristische spektrale Signatur, das mit einem Fingerabdruck vergleichbar ist. Die Besonderheit: Das intraoperative smarte Bildgebungssystem arbeitet im kurzwelligen Infrarotbereich zwischen 1000 und 2500 Nanometern. In diesem Wellenlängenbereich lassen sich zusätzliche Informationen über Moleküle im Gewebe gewinnen, die in anderen Bereichen verborgen bleiben.

Bisherige klinische Verfahren nutzen meist Kontrastmittel, die in den Körper gespritzt werden, um Gewebe unter speziellen Kameras zum Leuchten bringen. Diese Fluoreszenzbildgebung birgt Risiken. So sind allergische Reaktionen sind möglich, nicht alle Patienten vertragen die Substanzen. Aktuelle spektrale Kameras arbeiten zwar bereits ohne Kontrastmittel, erfassen aber nur den visuellen und nahen Infrarotbereich bis 1000 Nanometer. Studien zeigen: Die Genauigkeit reicht für den klinischen Einsatz noch nicht aus.

Vorarbeiten der Forschungsgruppe weisen den Weg

Das Projektteam baut auf fundierten Vorarbeiten auf. In mehreren wissenschaftlichen Publikationen hat die Forschungsgruppe bereits nachgewiesen, dass hyperspektrale Bildgebung Darmkrebs erkennen und Durchblutungsstörungen nach mikrochirurgischen Gewebetransplantationen aufspüren kann. Diese Erkenntnisse bilden die Grundlage für den nächsten Schritt: die klinischen Messungen im erweiterten Infrarotbereich.

An dem Projekt werden zwei Doktoranden und wissenschaftliche Mitarbeiter sowie studentische Hilfskräfte arbeiten. Das interdisziplinäre Forschungsvorhaben setzt auf die Partnerschaft mit der HAWK Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst Hildesheim/Holzminden/Göttingen, drei deutschen Kliniken und dem Hannoveraner Unternehmen HAIP. Die Kliniken liefern Daten aus dem OP-Saal und testen das System unter realen Bedingungen. HAIP steuert technologische Expertise im Bereich hyperspektraler Kameras bei.

Smartes Bildgebungssystem soll in zwei chirurgischen Bereichen eingesetzt werden

Die Forschenden fokussieren sich auf zwei Anwendungsfelder: In der Viszeralchirurgie soll das smarte Bildgebungssystem bei Darmresektionen zum Einsatz kommen, in der Hals-Nasen-Ohren-Chirurgie bei Eingriffen im Kopf-Hals-Bereich. Beide Bereiche stellen hohe Anforderungen an die Präzision, weil dort viele empfindliche Strukturen auf engem Raum liegen.

„Wir entwickeln hier kein fertiges Produkt, sondern erforschen die Anwendungsmöglichkeiten”, erklärt Projektleiterin Maktabi, die seit 2022 am Fachbereich Elektrotechnik, Maschinenbau und Wirtschaftsingenieurwesen der Hochschule Anhalt tätig ist. „Die Medizinprodukteentwicklung ist komplex und langwierig. Nach diesem Projekt können in Folgevorhaben zusammen mit Industriepartnern und Kliniken einsatzfähige klinische Produkte entstehen.”

STAIN: Förderung im Verbund durch HAW-ForschungsPraxis

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert STAIN im Rahmen der Richtlinie HAW-ForschungsPraxis mit insgesamt 2,5 Millionen Euro. Davon gehen 1,38 Millionen Euro an die Hochschule Anhalt, 1,12 Millionen Euro an die HAWK Göttingen. Das Projekt läuft vom 1. Januar 2026 bis zum 31. Dezember 2029.

„Der Auswahlprozess war anspruchsvoll”, berichtet Forschungsschwerpunktmanagerin Dr. Johanna Berg vom KAT-Team der Hochschule Anhalt. „Von rund 300 eingereichten Skizzen wurden nur 63 zur Antragstellung aufgefordert. Dass unser Vorhaben zu den wenigen gehört, die den Zuschlag erhalten haben, bestätigt die Bedeutung des Projekts für eine zukunftsweisende Gesundheitsvorsorge.”

International ist ein solches smartes Bildgebungssystem noch nicht klinisch etabliert. Zwar wird in verschiedenen Projekten an hyperspektraler Bildgebung geforscht, der kurzwellige Infrarotbereich ist aber bisher nicht umfassend untersucht worden. Hier können neue Anwendungsmöglichkeiten erschlossen werden.