Hyperspektral-Imaging (HSI) als innovatives bildgebendes Verfahren

zur intraoperativen Gewebecharakterisierung, verbesserten Tumordetektion und Perfusionsmessung

Intraoperative Darstellung einer Lebermetastase eines Rektumkarzinoms bei einem 80-jährigen Patienten (Metastase mit Pfeil markiert) in der RGB-Bildgebung (a, b) und der HSI-Bildgebung (c – h).

Heils*, L.; Meyer, F.; Croner, R. S.

Klinik für Allgemein-, Viszeral-, Gefäß- und Transplantationschirurgie, Universitätsklinikum Magdeburg A. ö. R., Magdeburg,

Seit März 2025 wird in der Klinik für Allgemein-, Viszeral-, Gefäß- und Transplantationschirurgie (Direktor: Prof. Dr. med. Dr. h. c. Roland S. Croner, MA, FACS) des Universitätsklinikums Magdeburg A. ö. R. mit dem Hyperspektral-Imaging (HSI) ein innovatives intraoperatives bildgebendes Verfahren genutzt und die Anwendung im Rahmen klinischer Studien untersucht.

HSI ist eine kontaktlose, hochauflösende Bildgebungstechnik, die auf der spektralen Analyse von Licht im Bereich von 400 bis 1.000 nm (sichtbares Licht bis nahes Infrarot) basiert. Anders als herkömmliche Kameras, die nur drei breite Farbkanäle (rot, grün, blau) erfassen, nutzt HSI zahlreiche eng benachbarte Spektralkanäle. So entsteht eine „optische Signatur“, die es ermöglicht, unterschiedliche Gewebearten oder pathologische Veränderungen anhand ihrer spezifischen optischen Eigenschaften zu unterscheiden – selbst, wenn sie makroskopisch identisch erscheinen (Thomaßen et al., 2023).

Lucas Heils

Die erhobenen Bilddaten lassen zudem Rückschlüsse auf die Gewebeperfusion zu. Somit ermöglicht HSI die intraoperative Detektion von minderperfundiertem Gewebe und kann somit, ähnlich wie das routinemäßig eingesetzte Indocyaningrün (ICG), unterstützen,

> mäßig bis schlecht durchblutete Anastomosen bzw. (intestinale) Absetzungsränder – die für eine Anastomose vorgesehen sind – zu identifizieren (und)

> die Rate an Anastomoseninsuffizienzen zu minimieren (Jansen-Winkeln et al., 2022).

Nachteile der Anwendung von ICG sind die Notwendigkeit der invasiven Applikation von ICG, potenzielle allergische Reaktionen und pharmakologische Interaktionen (Jiao et al., 2024). Da HSI ein kontaktloses Verfahren ohne Kontrastmittel ist, entfallen diese Risiken bei der Anwendung von HSI (Renna et al., 2023).

Ein weiteres potenzielles Anwendungsgebiet des HSI stellt die Identifikation von Tumoren und die Abgrenzung von gesundem Gewebe dar. In der onkologischen Chirurgie ist eine R0-Resektion essenziell für die Prognose der Patientin/des Patienten. Hierfür ist die sichere Tumoridentifikation und die Abgrenzung zu gesundem Gewebe notwendig bzw. entscheidend. Einzelne explorative Analysen (Zhang et al., 2020) und eigene ersten Daten zeigen, dass HSI geeignet ist, Tumoren in der Leber zu detektieren und vom umliegenden Gewebe abzugrenzen. Exemplarisch ist in der Abbildung – darauf Bezug nehmend – eine Lebermetastase eines Rektumkarzinoms in der HSI-Bildgebung dargestellt. Der Tumor weist eine deutlich erhöhte Perfusion (Abbildung c und d) auf und ist hierdurch gut vom umliegenden Gewebe abzugrenzen.

Intraoperative Darstellung einer Lebermaetastase eines Rektumkarzinoms bei einem 80-jährigen Patienten (Metastase mit Pfeil markiert) in der RGB-Bildgebung (a, b) und der HSI-Bildgebung (c – h). Das pathologische Lebergewebe zeigt eine erhöhte Oxygenierung (c) und einen erhöhten Perfusionsindex (d). In den anderen HSI-Wichtungen (e: Gewebe-Hämoglobin-Index; f: Organ-Hämoglobin-index; g: Gewebe-Wasser-Index; h: Gewebe-Lipid-Index) hebt sich die Lebermetastase weniger stark vom umliegenden Lebergewebe ab (Bildquelle: klinischer Bilderfundus und erweitertes Abbildungsarchiv der Klinik für Allgemein-, Viszeral-, Gefäß- und Transplantationschirurgie, Universitätsklinikum Magdeburg A. ö. R.) RGB = rot, grün, blau; HSI: Hyperspektral-Imaging

HSI ist bislang nur in sehr begrenztem Umfang in der klinischen Anwendung untersucht und ein routinemäßiger Einsatz in der klinischen Praxis erfolgt(e) (bisher) nicht. Daher ist das eigene erklärte Ziel, die nachfolgenden Anwendungsgebiete im Rahmen klinischer Studien zu untersuchen und die routinemäßige klinische Nutzung zu etablieren mit dem Fokus auf die:

> Beurteilung von Gewebedurchblutung, insbesondere zur und nach Anlage von Anastomosen;

> Detektion von Tumoren, vor allem intrahepatisch, und die Beurteilung von Resektionsgrenzen (sowie)

>Entwicklung eines Algorithmus zur automatisierten intraoperativen Gewebeklassifikation.

In der berichtenden Klinik wird das Hyperspektral-Imaging-System TIVITA 2.0 der Firma Diaspective Vision (Am Salzhaff-Pepelow, Deutschland) genutzt, welches im Rahmen offen-chirurgischer Eingriffe eingesetzt werden kann. Hierbei handelt es sich um ein zugelassenes Medizinprodukt der Klasse 1. Zukünftig soll zudem die Anwendung eines laparoskopischen Kamerasystems für die minimal-invasive Chirurgie erfolgen.

Zusammenfassend handelt es sich beim Hyperspektral-Imaging um eine vielversprechende Technik, um pathologisch verändertes Gewebe intraoperativ zu identifizieren und um die Durchblutung zu beurteilen. Bislang existiert jedoch wenig wissenschaftliche Evidenz für den klinischen Nutzen dieser Technik. Daher sind für eine routinemäßige klinische Anwendung noch weitere grundlegende Studien erforderlich.

Literatur:

Jansen-Winkeln, B., Dvorak, M., Köhler, H., Maktabi, M., Mehdorn, M., Chalopin, C., Diana, M., Gockel, I., & Barberio, M. (2022). Border Line Definition Using Hyperspectral Imaging in Colorectal Resections. Cancers (Basel) 14(5), 1188. https://doi.org/10.3390/cancers14051188
Jiao, Y., Liu, Y., & Jin, M. (2024). Exploring the dark side of diagnostic dyes with a focus on Indocyanine green’s adverse reactions. Scientific Reports 14(1), 30155. https://doi.org/10.1038/s41598-024-81903-z
Thomaßen, M. T., Köhler, H., Pfahl, A., Stelzner, S., Mehdorn, M., Thieme, R., Jansen-Winkeln, B., Gockel, I., Chalopin, C., & Moulla, Y. (2023). In vivo evaluation of a hyperspectral imaging system for minimally invasive surgery (HSI-MIS). Surg Endosc 37(5), 3691–3700. https://doi.org/10.1007/s00464-023-09874-2
Renna, M. S., Grzeda, M. T., Bailey, J., Hainsworth, A., Ourselin, S., Ebner, M., Vercauteren, T., Schizas, A., & Shapey, J. (2023). Intraoperative bowel perfusion assessment methods and

their effects on anastomotic leak rates: Meta-Analysis. Br J Surg 110(9), 1131–1142. https://doi.org/10.1093/bjs/znad154

Zhang, Y., Wu, X., He, L., Meng, C., Du, S., Bao, J., & Zheng, Y. (2020). Applications of

hyperspectral imaging in the detection and diagnosis of solid tumors. Transl Cancer Res 9(2), 1265–1277. https://doi.org/10.21037/tcr.2019.12.53

Erklärung zu Interessenkonflikten: Hiermit wird im Namen der Autorenschaft erklärt, dass hinsichtlich Methodendarstellung zum Hyperspektral-Imaging und Produktbeschreibung im Rahmen des wissenschaftlichen Kurzbeitrages „Hyperspektral-Imaging (HSI) als innovatives bildgebendes Verfahren zur intraoperativen Gewebecharakterisierung, verbesserten Tumordetektion und Perfusionsmessung“ von L. Heils, F. Meyer und R. S. Croner kein Interessenkonflikt der Autoren besteht.

Korrespondenzautor:

Prof. Dr. F. Meyer
Klinik für Allgemein-, Viszeral-, Gefäß- und
Transplantationschirurgie
Universitätsklinikum Magdeburg A. ö. R.
Leipziger Straße 44, 39120 Magdeburg
Tel.: 0391/67 15 500, Fax: 0391/67 15 570
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