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Bekämpfung von BakterienbelastungInnovatives SWIR-Operationsmikroskop soll durch Blut blicken

Ein Kurzwellen-Infrarot-Mikroskop, das Blut, bakterielle Biofilme, Knorpel und Weichgewebe durchleuchten und räumlich darstellen kann, will das Projekt „BetterView“ entwickeln. Chirurg*innen sollen bei Operationen so eine freiere Sicht bekommen. 

Arriscope
Munich Surgical Imaging

Das Operationsmikroskop Arriscope des Unternehmens Munich Surgical Imaging

Das neue Kooperationsprojekt „BetterView", an dem die Universität und das Klinikum Bielefeld beteiligt sind, erforscht ein spezielles Operationsmikroskop. Dieses soll Chirurg*innen ermöglichen, durch Blut oder Bakterienfilme hindurchzusehen. Die zu operierenden Stellen sind an der Oberfläche häufig durch Einblutungen verdeckt oder bakterielle Besiedlung kontaminiert, was die Sicht erschwert. Hier soll nun Abhilfe mit dem neuen SWIR (ShortWave InfraRed)-Mikroskopsystem geschaffen werden.

Sieben Partnereinrichtungen – darunter die Universität Bielefeld, das Klinikum Bielefeld, der Helmholtz Pioneer Campus am Helmholtz Zentrum München, die Leibniz Universität Hannover, der Kamerasystem-Hersteller PCO AG und der Laser-Hersteller Omicron-Laserage Laserprodukte GmbH – arbeiten hierfür miteinander. Das 4,1 Millionen Euro teure Projekt wird von dem Medizintechnik-Unternehmen Munich Surgical Imaging koordiniert und vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert.

Verdecktes sichtbar machen

Von dem neuen SWIR-Mikroskop erwarten sich die Forschenden eine Reihe von Vorteilen. Dabei geht es besonders um die Fähigkeit des Mikroskops, durch Blut hindurchsehen zu können und bakteriell besiedeltes Gewebe, Knochen, Nerven und Weichgewebe unterscheidbar zu machen. „Eine neue Generation von Bildsensoren macht es nun möglich, Operationsmikroskope mit der Funktion auszustatten, Aufnahmen im kurzwelligen Infrarot-Lichtspektrum in Echtzeit zu verarbeiten und darzustellen“, sagt Professor Dr. Thomas Huser von der Fakultät für Physik der Universität Bielefeld. Huser ist Spezialist für biomedizinische Photonik, die sich mit der Entwicklung neuartiger Mikroskopieverfahren befasst. Gemeinsam mit seinem Team konstruiert und nutzt er hochauflösende Mikroskope und entwickelt die Software für die Bildverarbeitung, da das aufgenommene Bildsignal zuerst automatisiert analysiert und verarbeitet muss, bevor es dargestellt werden kann.

Die Software soll Licht außerhalb des Kurzwellen-Infrarot herausfiltern und eine dreidimensionale Ansicht der Aufnahme berechnen. Durch farbliche Kontraste sollen zum Beispiel Nerven und Weichgewebe leicht voneinander unterscheidbar werden. Hierbei muss das Videobild in Echtzeit ausgestrahlt werden, damit die Chirurg*innen im Operationssaal präzise arbeiten können und ohne Verzögerung sehen, was ihr Eingriff im Operationsfeld bewirkt.

Gängige Operationsmikroskope am Limit

Gerade bei der Behandlung von Cholesteatomen – einer chronisch eitrigen Entzündung des Mittelohrs – werden für die Diagnose, in der Operation und in der Nachsorge in der Regel chirurgische Mikroskope eingesetzt, die lediglich den für Menschen sichtbaren Lichtbereich nutzen. Doch diese können oftmals die Details der Gehörknöchelchen nicht präzise genug darstellen und nur erkennen, ob ein bakterieller Biofilm vorliegt oder nicht. Über die Stärke der Ausprägung hingegen können sie keine Informationen liefern, da Einblutungen sie verdecken.

Mit Hilfe des neuen Mikroskops soll bakterieller Befall komplett beseitigt werden können. „Operateur*innen erkennen bereits während des Eingriffs, wo im Mittelohr sich noch verbleibende bakterielle Besiedlung befindet“, sagt der Projektkoordinator Dr. Hans Kiening von dem Medizintechnik-Unternehmen Munich Surgical Imaging (MSI). „Dadurch können sie infizierte Bereiche vollständig entfernen, die sonst dazu führen könnten, dass sich wieder ein Cholesteatom entwickelt.“ Zudem sollen mit dem SWIR-Mikroskop auch optisch verdeckte Stellen untersucht werden können. Von MSI stammt ein bereits in der Chirurgie eingesetztes Operationsmikroskop, das hochauflösende Aufnahmen liefert. Das neue Projekt baut auf dieser Entwicklung auf. 

Getestet wird das Mikroskop in der Universitätsklinik für Hals-Nasen-Ohrenheilkunde, Kopf- und Halschirurgie des Klinikums Bielefeld, wo jährlich bundesweit mit 650 Eigriffen die meisten Cholesteatom-Operationen durchgeführt werden.

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