Die Nerven bewahren – auf Künstlicher Intelligenz beruhende OP-Navigation

Gut 58.000 Menschen erhalten in Deutschland jedes Jahr die Diagnose Darmkrebs. Etwa ein Drittel von ihnen leidet unter einem Tumor im Bereich des Enddarms. Für den Großteil der Patienten ist eine Operation die wichtigste Behandlungsmöglichkeit. Wenn sich der Tumor vollständig entfernen lässt, ist eine dauerhafte Heilung möglich. Neben der erfolgreichen Behandlung der Krebserkrankung spielt aber auch die anschließende Lebensqualität der Betroffenen eine wichtige Rolle. „Bei der Entfernung von Tumoren im Enddarm sind wenige Millimeter entscheidend. Schneidet der Chirurg zu nah am Tumor, kann es passieren, dass er nicht alles entfernt. Schneidet er zu weit entfernt, können umliegende Nerven geschädigt werden. Die Folge sind dann Blasen- oder Stuhlinkontinenz, Erektionsprobleme oder andere Sexualprobleme wie Missempfindungen beim Geschlechtsverkehr“, sagt Prof. Jürgen Weitz, Direktor der Klinik für Viszeral-, Thorax- und Gefäßchirurgie (VTG) des Universitätsklinikums Carl Gustav Carus Dresden und geschäftsführender Direktor am Nationalen Centrum für Tumorerkrankungen Dresden (NCT/UCC).

Die Tumorchirurgie im Bereich des Enddarms hat in den vergangenen Jahren deutliche Fortschritte gemacht: Hoch präzise Operationstechniken wurden weiter verfeinert und standardisiert. Vielfach ist der Eingriff auch ohne einen großen Bauchschnitt möglich, was die Wundheilung verbessert und den Krankenhausaufenthalt verkürzt. Möglich sind hierbei auch robotische Methoden. An der Klinik für Viszeral-, Thorax- und Gefäßchirurgie des Universitätsklinikums Dresden werden pro Jahr rund 60 Enddarmkrebsoperationen vorgenommen, der weitaus größte Teil der Eingriffe erfolgt mithilfe des robotischen Assistenzsystems „Da Vinci“. Das Gerät nimmt dem Chirurgen das direkte Halten und Bewegen der Instrumente ab und übersetzt größere Handbewegungen, die der Chirurg über zwei joystickartige Griffe ausführt, in kleinste zitterfreie Schnitte. „Trotz dieser hervorragenden Möglichkeiten, entscheidet weiterhin in hohem Maße die Erfahrung des einzelnen Chirurgen über die Qualität des Eingriffs. Unser Anspruch ist es, den Operateur künftig noch stärker bei seiner schwierigen Aufgabe zu unterstützen und die Qualität der Behandlung flächendeckend zu erhöhen“, so Prof. Weitz.

Intelligentes System bietet situationsbezogene Assistenz

Wissenschaftler am NCT/UCC, der VTG-Chirurgie des Uniklinikums Dresden und der Fakultät Elektro- und Informationstechnik der TU Dresden entwickeln daher im vom EKFZ geförderten Projekt „CoBot“ ein computerbasiertes Assistenzsystem für robotergestützte Eingriffe am Enddarm. In der Anwendung wird der Chirurg während der Operation beim Blick auf den Monitor wie gewohnt die Kamerabilder aus dem Bauchraum des Patienten sehen. Bei Bedarf soll das System in die Kamerabilder weitere Informationen einblenden: etwa die Lage wichtiger Nerven oder die optimale Schnittlinie. „Besonders wichtig ist, dass die richtige Information zur richtigen Zeit zur Verfügung steht. Der Operateur trifft jederzeit selbst die Entscheidungen. Das System unterstützt ihn nur, ähnlich wie ein Navigationssystem im Auto“, erklärt Prof. Stefanie Speidel, Leiterin der Abteilung Translationale Chirurgische Onkologie am NCT/UCC.

Zur Entwicklung des Systems nutzen die Wissenschaftler ein künstliches neuronales Netz, das als Teilgebiet der Künstlichen Intelligenz die Fähigkeit des Menschen nachahmt, anhand von Beispielen zu lernen. Den intelligenten Algorithmus versehen sie mit folgender mathematisch formulierter Aufgabenstellung: Ausgehend von der kontinuierlichen Analyse der Video-Bilder einer Operation sollen spezielle Strukturen in bestimmten Phasen der Operation angezeigt werden. Bislang trainierten sie das neuronale Netz mit rund 40 Operations-Videos, die standardmäßig über ein optisches Instrument (Laparoskop) im Bauchraum aufgenommen wurden. In den bis zu zehn Stunden langen Videos waren jeweils zentrale Operationsphasen, zu schonende Nerven und der schmale Bereich, in dem geschnitten werden darf, markiert. „In den kommenden Monaten werden wir das System mit weiteren Daten füttern. Im nächsten Jahr soll es dann im Rahmen einer Studie bei realen Operationen getestet werden“, sagt Dr. Fiona Kolbinger, klinische Projektleiterin von der Klinik für Viszeral-, Thorax- und Gefäßchirurgie und Clinician Scientist am EKFZ.

Schonende Therapie für mehr Lebensqualität

Risiken für schwerwiegende Nebenwirkungen lassen sich angesichts verbesserter Therapien auch durch schonende Behandlungskonzepte reduzieren. Denn Beeinträchtigungen der Kontinenz- und Sexualfunktion können nicht nur durch eine Operation, sondern auch durch eine Strahlentherapie hervorgerufen werden. Bei kleineren Tumoren, die noch nicht in tiefe Gewebeschichten vorgedrungen sind, ist es möglich, auf eine initiale Strahlentherapie zur Verkleinerung des Tumors zu verzichten. Bei größeren Tumoren kann hingegen in manchen Fällen ganz auf eine Operation verzichtet werden, wenn der Tumor durch die Strahlen-Chemo-Therapie komplett verschwindet. Bei diesen Patienten erfolgt dann eine sehr engmaschige Kontrolle, ob der Tumor zurückkehrt. „Um die individuell beste Lösung zu finden, besprechen am NCT/UCC Expertengremien aus Spezialisten verschiedener Fachrichtungen – sogenannte Tumorboards – die bestmögliche Behandlung jedes Einzelnen. Dies ist überaus wichtig, um die modernen Konzepte in die gesamte Behandlungsstrategie einzubetten und dabei auch die neuesten Entwicklungen der Diagnostik und der medikamentösen Behandlung einzubeziehen “, sagt Prof. Gunnar Folprecht. Der Darmkrebs-Spezialist leitet den Fachbereich Onkologie der Medizinischen Klinik I des Uniklinikums Dresden.

Aktuelle Studien zu Kontinenz- und Potenzproblemen fehlen. Frühere Studien ergaben, dass bis zu 50 Prozent der Patienten nach einer Enddarmkrebs-Operation langfristig unter schwerer Stuhlinkontinenz und etwa 30 Prozent unter sexuellen Funktionseinschränkungen leiden. Wie häufig und in welchem Ausmaß Patienten auch angesichts modernster Behandlungsmöglichkeiten von diesen Nebenwirkungen betroffen sind, untersucht derzeit eine Studie an der VTG-Chirurgie. An dieser Studie können rund 400 Enddarmkrebs-Patienten teilnehmen, die seit 2013 in der VTG-Chirurgie des Uniklinikums Dresden operiert wurden sowie alle künftig mit dieser Diagnose operierten Patienten. „Auf Basis der Studienergebnisse wird es künftig auch darum gehen, Patienten noch gezielter zu beraten und ihnen passende Nachsorgeangebote zu machen. Zudem wollen wir die Lebensqualität von Patienten mit Enddarmkrebs stärker in den Fokus der wissenschaftlichen Diskussion rücken und weitere Forschung zu verbesserten Therapien anstoßen“, sagt Dr. Kolbinger.

Ansprechpartner für die Presse:
Dr. Anna Kraft
Nationales Centrum für Tumorerkrankungen Dresden (NCT/UCC)
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