Einen Katheter zu legen ist für Gefäßchirurgen Routine. Umso schwerwiegender jedoch ist die Strahlenbelastung, der sie dabei regelmäßig ausgesetzt sind. Denn während des Eingriffs müssen sie ihren Patienten kontinuierlich mit Röntgenstrahlen durchleuchten. Noch ist dies die einzige Methode, um den dünnen, biegsamen Führungsdraht zielsicher durch das Gefäßsystem zu schieben. Bald aber könnte eine Katheterisierung ohne Röntgengerät möglich werden. Ein Forscherteam am Fraunhofer MEVIS hat ein vollkommen neues System zur Katheternavigation entwickelt.

Für die Ärzte ist der Gefäßkatheter unverzichtbar. Nur so können sie Blutgerinnsel in Venen und Adern entfernen, Stents (Gefäßstützen) setzen oder Herzklappen einsetzen. Die Methode ist ausgereift und bewährt. Von einem Arm oder der Leistengegend des Patienten aus, schieben die Ärzte zuerst einen dünnen, biegsamen Führungsdraht Stück für Stück bis zu zwei Meter weit durch das Gefäßsystem. Entlang dieses Drahtes können sie dann den eigentlichen Katheter einführen und exakt positionieren.

Dennoch hat dieses Verfahren bislang einen entscheidenden Nachteil. Um zielsicher durch das Gefäßsystem navigieren zu können, müssen die Ärzte sehen, wo sie den Führungsdraht durch die Adern und Venen bewegen. Dafür nutzen sie strahlenarme Röntgengeräte, die ihnen während des Eingriffs ein Live-Video liefern. »Gerade für die OP-Teams, die das Verfahren häufig nutzen, summiert sich die Strahlenbelastung zu signifikanten Werten«, sagt Dr. Torben Pätz vom Fraunhofer-Institut für Digitale Medizin MEVIS. Sein Forscherteam entwickelt nun ein Navigationssystem für die Katheterisierung, mit dem das Durchleuchten des Patienten während des Eingriffs nicht mehr nötig ist. Trotzdem bietet »IntelliCath« den Ärzten jederzeit die umfassende medizinische Kontrolle über ihr Vorgehen.

Katheternavigation ohne Strahlenbelastung

Um den Weg des Führungsdrahts durch das Gefäßsystem kontinuierlich überwachen und steuern zu können, nutzen die Forscher ein neuartiges Ortungssystem. Der Führungsdraht ist dafür mit einer speziellen Glasfaser ausgestattet, die in den Draht implementiert ist. Im Unterschied zu einem üblichen Glasfaserkabel für die Datenübertragung, das einen möglichst brechungsfreien Durchgang der Signale sicherstellt, sind daran kleine Hindernisse fixiert. Sie wirken wie winzige Spiegel, die das Laserlicht teilweise reflektieren und durch die Glasfaser zurück zum Ausgangspunkt leiten. »Mit dieser Methode erhalten wir ein sehr aussagekräftiges Interferenzmuster, das sich mit jeder Biegung leicht verändert«, erklärt Pätz. Auf diese Weise lassen sich Biegestärke und -richtung des Führungsdrahtes kontinuierlich und sehr exakt bestimmen.

Sehen, wo im Körper des Patienten sich sein Werkzeug gerade befindet, kann der Arzt damit allerdings noch nicht. Dafür ist ein weiterer Baustein des neuen Navigationssystems zuständig, der sich eine Körper-Karte zunutze macht. Denn bei Voruntersuchungen zum geplanten Eingriff erstellen Computertomographen (CT) oder Kernspintomographie (MRT) bereits ein genaues Abbild der entsprechenden Körperregion. Eine am Fraunhofer MEVIS entwickelte Software nutzt diese Daten und errechnet daraus ein 3D-Modell des Gefäßsystems des Patienten. Dieses Modell – beziehungsweise diese 3D-Karte verknüpfen die Forscher nun mit den Signaldaten ihrer Glasfaseroptik – ähnlich, wie es ein klassisches Navigationsgerät durch die Verknüpfung von GPS- oder Galileo-Daten mit gespeicherten Straßenkarten macht. Der Arzt sieht an seinem Bildschirm also den Weg, den der Führungsdraht durch das Gefäßsystem hindurch zurücklegt und kann jederzeit Korrekturen vornehmen. »Dass wir künftig auf Röntgenstrahlen verzichten können, ist nicht der einzige Vorteil von IntelliCath«, sagt Pätz. Im Gegensatz zu den heute üblichen Röntgenbildern, die dem Arzt nur eine zweidimensionale Ansicht bieten, liefert das neue System nun die 3D-Darstellung und damit eine erheblich exaktere und leichtere Kontrolle des Eingriffs.

Mehrwert durch intelligente Arztassistenz

Zudem biete das System grundsätzlich die Möglichkeit, den Arzt bei seinem Eingriff durch zusätzliche Assistenzfunktionen zu unterstützen. Wie diese genau aussehen könnten, erforschen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer MEVIS derzeit in Zusammenarbeit mit einem Team der Projektgruppe für Automatisierung in der Medizin und Biotechnologie des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung IPA. In Entwicklung sind robotische Assistenzsysteme, die den Arzt bei der Steuerung unterstützten. Außerdem forschen die Wissenschaftler an der Verwendung von Signaltönen, die ähnlich einer Einparkhilfe beim Auto funktionieren. Sie würden den Chirurgen auch akustisch darauf hinweisen, wenn sich der Führungsdraht der nächsten Verzweigung im Gefäßsystem nähert. Um ihn an einer Abzweigung weiter in die vorgesehene Ader vorzuschieben, muss der Arzt zudem die gebogene Spitze des Führungsdrahts rechtzeitig in die richtige Position drehen. »Auch dabei könnte ihn IntelliCath unterstützen, wenn es ihm den erforderlichen Drehungswinkel angibt und das Erreichen der optimalen Position optisch oder auch akustisch bestätigt«, sagt Pätz.

Vom Prototyp in die medizinische Praxis

Von IntelliCath existiert bereits ein Prototyp, der die Vorteile und Funktionalität des MEVIS-Systems eindrucksvoll unter Beweis gestellt hat. Ein Labyrinth aus Silikonschläuchen diente dabei als Ersatz für das menschliche Gefäßsystem. »Am Bildschirm konnten wir das Einschieben eines Führungsdrahtes live und auf fünf Millimeter genau verfolgen«, so Pätz. In den kommenden Monaten wollen die Forscher das »IntelliCath«-System an einem Ganzkörper-Modell des menschlichen Gefäßsystems und dann an einer Schweinelunge testen und weiter verfeinern. Bis 2020 soll ein weiterer Prototyp des Systems fertiggestellt sein, der die Grundlage für eine klinische Studie bildet.

(mab)

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