Chirurgie: Feine Schnitte mit Mikrowellenplasma

Interview mit Prof. Holger Heuermann, Institut für Mikrowellen- und Plasmatechnik, FH Aachen

03.01.2017

Bei jeder Operation unterstützen schonende Techniken die schnelle Heilung des Patienten. Dazu gehört etwa die Hochfrequenz-Chirurgie, bei der vom Skalpell aus Strom durch den Körper fließt. So sind feine Schnitte möglich und die Gefäße im Wundbereich werden verschlossen. Das Verfahren ist allerdings nicht ungefährlich für den Patienten. Eine zukünftige Alternative könnte das Mikrowellen-Plasmaskalpell sein.

Bild: Lächelnder Mann mit kurzen graumelierten Haaren - Prof. Holger Heuermann; Copyright: René Heß

Prof. Holger Heuermann; ©René Heß

Im Interview mit COMPAMED.de spricht Prof. Holger Heuermann über das neuentwickelte Plasmaskalpell und dessen Vorteile gegenüber der Hochfrequenz-Chirurgie (HF-Chirurgie).

Herr Prof. Heuermann, wie funktioniert das von Ihnen entwickelte Plasmaskalpell?

Prof. Holger Heuermann: Es erzeugt einen Argonstrahl mit einem Durchmesser von 0,2 Millimetern. Das Argon ist hochgradig ionisiert. Der Strahl schneidet bei einer Energiedichte von 80 Kilowatt pro Quadratzentimeter und führt immer weniger Energie, je größer die Entfernung von der Quelle wird. Unser Plasma wird bei 2,5 Gigahertz, im Mikrowellenbereich, erzeugt. Das heißt: Die Elektronen schwingen in weniger als 0,2 Nanosekunden in einer Richtung. Bei bekannten Plasmen schwingen sie circa eine Mikrosekunde, also im tausendfachen Zeitraum. Diese Elektronen dringen deshalb auch deutlich weiter in das Gewebe ein als mit unserem Plasma.

Unser Plasma ist etwas ganz Neues: Was die Energiedichte angeht, bewegen wir uns im Zwischenbereich zwischen Lasern und dem bisherigen Lichtbogenplasma.

Bild: Schnitt mit koagulierten Rändern in einem Stück Fleisch; Copyright: FH Aachen

Die Schnitte mit dem Plasmaskalpell sind noch nicht so fein wie bei einem Hochfrequenzskalpell; ©FH Aachen

Wo liegen die Vorteile eines solchen Plasmaskalpells gegenüber den bekannten Elektroskalpellen aus der Hochfrequenz-Chirurgie?

Heuermann: Bei der HF-Chirurgie fließt Strom mit sehr hoher Leistung durch den Patienten. Das hat zwar den Vorteil, dass die Wundränder sofort verschlossen werden, sie koagulieren. Damit läuft die Wundheilung schneller ab und der Patient kann letztendlich auch das Krankenhaus sehr schnell wieder verlassen. Dieser Stromfluss birgt aber auch Risiken: Denn der Patient muss über eine Elektrode wie eine Metallplatte in einen Stromkreis eingebunden werden, über den der Strom aus seinem Körper abfließen kann. Wird diese Anbindung nicht ordentlich vorgenommen, kann das zu großen Verbrennungen im Elektrodenbereich führen. Es gab dabei sogar schon tödliche Fälle.

Bei dem Plasmaskalpell gibt es keinen Stromfluss durch den Körper. Wir arbeiten nur dort mit Energie an der Oberfläche, wo wir schneiden wollen. Wir können den Patienten deshalb auch auf einem normalen OP-Tisch operieren. Der Chirurg kann wiederum die Schnitttiefe sehr gut kontrollieren, denn die Energiedichte des Plasmas nimmt ab, je größer die Entfernung zur Quelle wird.

Bild: Ein Metallzylinder, aus dessen Spitze eine kleine blau-weiße Flamme kommt; Copyright: FH Aachen

Die Elektronen des Plasmas oszillieren im Mikrowellenbereich. Damit dringen sie sehr viel weniger in das Gewebe ein als bei bekannten Plasmen; ©FH Aachen

Was passiert physikalisch gesehen während der Operation an der Wunde?

Heuermann: Wir vollziehen den Schnitt nicht über die Zufuhr von thermischer Energie. Stattdessen erwärmt das Plasma schlagartig die wasserhaltigen Gefäße im Gewebe, wodurch diese gewissermaßen gesprengt werden. Das führt zu einem ähnlich guten Schnittbild wie bei der HF-Chirurgie. Die Wunde koaguliert und blutet fast gar nicht. Das Ergebnis ist ein dünner, kleiner Schnitt.

Für welche Art von Eingriffen wäre so ein Plasmaskalpell geeignet?

Heuermann: Das Mikrowellen-Plasmaskalpell soll grundsätzlich bei allen Operationen eingesetzt werden können, bei denen auch Elektroskalpelle verwendet werden. Wir arbeiten daran, dass seine Spezifikationen und sein Schnittbild an die heutigen Elektroskalpelle herankommen.

Welche Entwicklungsschritte müssen Sie jetzt noch vollziehen, bevor ein Prototyp vorliegt oder sogar eine klinische Prüfung möglich ist?

Heuermann: Wir arbeiten wie gesagt an der Schnittoptimierung, um einen wirklich feinen Schnitt zu erzeugen, der mit den Schnitten aus der HF-Chirurgie vergleichbar ist. So weit sind wir zwar noch nicht, aber an der HF-Chirurgie wurde auch jahrzehntelang geforscht. Verglichen mit unseren Anfängen, sehen wir bei uns schon große Fortschritte.

Danach folgen die Geräteentwicklung und die medizinische Prüfung. Diese werden aber vom Hersteller des Gerätes, BOWA-electronic, durchgeführt.

Foto: Timo Roth; Copyright: B. Frommann

© B. Frommann

Das Interview wurde geführt von Timo Roth.
COMPAMED.de