Minimal-invasive Eingriffe, also operative Eingriffe mit kleinster Verletzung von Haut und Weichteilen, haben in den vergangenen Jahrzehnten immer mehr an Bedeutung gewonnen. Bei derartigen chirurgischen Eingriffen erfolgt der Zugang zum Körperinneren durch sehr kleine Schnitte oder natürliche Körperöffnungen. Aus diesem Grund wird die Operationstechnik oft auch als "Schlüssellochchirurgie" bezeichnet. Sie ist schonender als konventionelle Operationen und zielt darauf ab, eine rasche Genesung mit möglichst geringen Beschwerden herbeizuführen.

Kleine Schnitte mit großer Wirkung

Insbesondere ältere Patientinnen und Patienten profitieren bei der "Schlüssellochchirurgie" von schnellerer Erholung und verkürzten Zeiten für stationäre Aufenthalte und Rehabilitation. Die Technik eignet sich für klassische Routineeingriffe wie die Entfernung der Gallenblase, aber auch für kompliziertere Operationen wie beispielsweise am Magen-Darm-Trakt, an Gebärmutter oder Eierstöcken.

Auch Eingriffe am Herzen werden mehr und mehr minimal-invasiv vorgenommen - mit kleinen Schnitten und unter Verwendung eines sogenannten Endoskops. Dabei handelt es sich um eine bleistiftdicke, hohle Röhre mit eigener Beleuchtungseinrichtung und einer Miniatur-Videokamera.

Operieren unter schwierigen Bedingungen

Die besondere Herausforderung für die Chirurgen besteht bei minimal-invasiven Eingriffen in der Orientierung und der Instrumentenführung: Sie haben keine direkte Sicht auf das OP-Gebiet. Somit operieren sie mit eingeschränkter Hand-Auge-Koordination – mit Blick auf Endoskopiebilder auf einem Bildschirm. Dabei kommt es oft auch vor, dass sich die operierenden Ärzte den Kopf verdrehen müssen, um zu verfolgen, was sie im Bauchraum gerade machen.

Bisher kommen bei minimal-invasiven Eingriffen chirurgische Navigationssystem zum Einsatz, die optische oder elektromagnetische Verfahren zur Positionsbestimmung der Instrumentenspitze nutzen. Dies geschieht mit Hilfe von sogenannten optischen Markern oder Sensorspulen, die sowohl am Patienten als auch an den sterilen Instrumenten angebracht werden. Der Einsatz dieser komplexen Technologien ist mit einem hohen Aufwand verbunden und zudem noch häufig fehleranfällig.

Neuartiges Navigationssystem für den Chirurgen

Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderte Projekt BIOPASS will dies ändern. Dazu erarbeiten Forscherinnen und Forscher einen neuartigen Navigationsansatz für die minimal-invasive Chirurgie, der keiner externen Navigationsinstrumente bedarf. Ein Assistenzsystem soll Informationen über die Position der Instrumente im Körperinneren und eventuelle Risiken liefern. Ziel ist es, ein System zu entwickeln, das lediglich auf Basis erlernter Situationen aus den endoskopischen Aufnahmesequenzen arbeiten kann.

Die Funktionsweise erinnert an die Fußgängernavigation von Touristen, die sich in einer fremden Umgebung orientieren wollen. Oft ist es dabei am einfachsten und sichersten eine Folge von Situationen zu beschreiben, denen jeweils relevante Informationen zugeordnet werden, beispielsweise man gehe vom aktuellen Standort die Straße geradeaus bis zur nächsten Kreuzung, an der sich ein Bäcker befindet. Auf die gleiche Weise soll das Assistenzsystem Chirurgen bei der Ortsbestimmung der Endoskopspitze in Echtzeit unterstützen.

Mehr Sicherheit für Patienten und Chirurgen

Ein sicheres und effizientes Assistenzsystem ohne externe Navigationsinstrumente verringert die Komplexität der Arbeitsumgebung und der Arbeitsprozesse bei der minimal-invasiven chirurgischen Eingriffen. Das System passt sich individuell an die Patienten an.

Außerdem berücksichtigt es die individuellen Bedürfnisse und Problemlösungsstrategien der operierenden Ärzte an. Dem Chirurgen werden Informationen über die aktuelle Position im Körperinnern und eventuell angrenzende Risikostrukturen ohne aufwendige Navigationshilfen und zusätzliche Messgeräte in Echtzeit zur Verfügung gestellt.

Die folgenden Institutionen sind am Projekt BIOPASS beteiligt: das Innovation Center Computer Assisted Surgery (ICCAS) in Leipzig, das Institut für Medizinische Informatik, Statistik und Epidemiologie (IMISE) in Leipzig, die Klinik und Poliklinik für Hals-, Nasen-, Ohrenheilkunde in Leipzig, das Institut für Minimal-invasive Interdisziplinäre Therapeutische Intervention (MITI) in München, die Chirurgische Klinik und Poliklinik, Bereich Allgemein- und Viszeralchirurgie, in München, das Konrad-Zuse-Zentrum für Informationstechnik, die Localite GmbH sowie die Dornheim Medical Images GmbH.