Sensorik: sensibler Spatel soll das Hirn schützen

Die Gehirnchirurgie ist die wohl schwerste Disziplin im OP, denn hier können Chirurgen schnell unbeabsichtigt Schäden verursachen. Dabei geht es nicht nur um die Schnitte, die sie aktiv machen, sondern auch passiv eingesetzte Instrumente können gefährlich werden. Dazu gehören zum Beispiel Spatel, die Gewebe fixieren. Sensorik soll hier Abhilfe schaffen und den Chirurgen warnen.

Im Interview mit COMPAMED.de sprechen Prof. Markus Seidel und Marcus Löffler über den Einsatz von Spateln in der Hirnchirurgie, welche Risiken dabei bestehen und wie diese vermieden werden können.

Herr Prof. Seidel, Herr Löffler, wir sprechen über die Entwicklung eines mit Sensoren ausgerüsteten, chirurgischen Hirnspatels. Welches Problem adressiert dieses Instrument?

Prof. Markus Seidel: Bei einem chirurgischen Eingriff in tieferen Hirnregionen ist der erste Schritt, sich Zugang dazu zu verschaffen. Der Schädel wird geöffnet und über dem Operationsgebiet liegendes Gewebe muss zur Seite bewegt und dort gehalten werden. Hier kommt typischerweise ein Hirnspatel zum Einsatz. Das ist ein Metallstreifen, der durch den Chirurgen in Form gebracht und dann so fixiert wird, dass er den Zugang offenhält.

Marcus Löffler: Dabei kann es durch den Spatel im Gewebe zu sogenannten traumatischen Retraktionen kommen. Wenn der Spatel mit einer zu starken Belastung platziert wird oder zu lange oder zu stark auf das Gewebe drückt, kann es zu Verletzungen oder einer Unterversorgung des Gewebes mit Blut kommen. Deren Folgen können mitunter schwerer sein als die des eigentlichen Eingriffs. Wir wollen versuchen, diese Folgeschäden zu verhindern, indem wir die Kräfte, mit denen der Spatel auf das Gewebe drückt, messen, und dem Neurochirurgen anzeigen.

Was genau wollen Sie messen?

Seidel: Einerseits wollen wir die Druckbelastung bei der Platzierung des Spatels messen, um dem Chirurgen eine zu starke Momentanbelastung zu signalisieren und diese abzufangen. Andererseits wollen wir auch die Dauerbelastung des Gewebes während der Operation verfolgen, damit der Chirurg diese im Blick behalten und einschätzen kann.

Hirnspatel in der jetzigen Form sind seit langer Zeit ein etabliertes Instrument. Neurochirurgen haben sicher auch ein gutes Gefühl für ihren Einsatz, für Grenzen und Gefahren. Unsere Idee ist es, durch die Sensorik ein weiteres Hilfsmittel für diese Einschätzung zur Verfügung zu stellen. Chirurgen sollen einfacher erkennen, wann das Instrument entfernt oder anders platziert werden muss.

Wo liegen die größeren Risiken bei der OP – eher bei starken oder eher bei dauerhaften Belastungen?

Seidel: Es ist eine Frage sowohl der Kraft als auch der Zeit. Einige Studien zeigen, dass das Hirngewebe sich ein bisschen anpasst, wenn der Spatel mit etwas mehr Kraft platziert wird. Aber natürlich muss der Chirurg Druckspitzen – das heißt kurze, starke Kräfte, die auf das Hirngewebe wirken – vermeiden. Andere Studien weisen wiederum darauf hin, dass die Durchblutung gestört wird, wenn der Spatel nur mit leichtem Druck angebracht und lange an einer Stelle belassen wird.

Sehen Sie für diese Technologie noch weitere Anwendungsmöglichkeiten in der Medizintechnik?

Löffler: Wir haben die Anwendung von Spateln in der Chirurgie, und wie sie benutzt werden, um den Zugang zu einem Operationsgebiet zu öffnen, bereits mit unserem medizinischen Partner, Prof. Dirk Winkler von der Klinik für Neurochirurgie am Universitätsklinikum Leipzig, zusammen diskutiert. Bei der Wirbelsäulenchirurgie bestehen zum Beispiel ähnliche Herausforderungen: Können wir durch Überwachung und Visualisierung der auftretenden Kräfte und Belastungen etwaige Folgeschäden besser in den Griff bekommen? Die Problematik ist also keinesfalls nur auf die Hirnchirurgie beschränkt.

Wie soll das Projekt jetzt fortgeführt werden?

Löffler: Im Moment entwickelt unser Industriepartner, die Micro-Hybrid Electronic GmbH in Hermsdorf, die Hardware. Ich denke, wir können bald damit beginnen, erste Tests durchzuführen und die softwareseitige Datenauswertung zu entwickeln. Mit dem ersten Prototyp wollen wir prüfen, wo Möglichkeiten und Grenzen des sensorgestützten Spatels liegen.

Seidel: Wir haben hier in Zwickau bereits einen Messplatz eingerichtet, um automatisierte Messungen durchzuführen und später auch zu sehen, welche Kräfte im Tiermodell wirken.

Löffler: Das wird wiederum in Zusammenarbeit mit der Universität und der Neurochirurgie in Leipzig geschehen. Aktuell läuft das Projekt bis Ende 2020. Die kommenden Tests werden auch zeigen, welche Möglichkeiten sich darüber hinaus ergeben.