Konfokales Mikroskop zur schnellen Erkennung von Tumorgrenzen während der Operation



Jährlich erkranken rund 500.000 Menschen in Deutschland an Krebs. Trotz kontinuierlicher Fortschritte in der Diagnostik und Therapie stellt die intraoperative Beurteilung der vollständigen Tumorentfernung weiterhin eine große Herausforderung dar. Üblicherweise wird nach der Tumorresektion eine Gewebeprobe vom Wundrand entnommen und im Labor pathologisch untersucht - ein Verfahren, das bis zu 20 Minuten dauern kann.
Gewünscht ist eine Methode, die schnell, zuverlässig und direkt vor Ort im OP eingesetzt werden kann. Genau dafür haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer IPMS und des Fraunhofer IZI ein neues konfokales Laserscanning-Mikroskop für die intraoperative Tumordiagnostik entwickelt.
Gesunde und tumoröse Gewebestrukturen sicher unterscheiden
Das präzise Erkennen der Tumorgrenzen ist essenziell, um möglichst viel gesundes Gewebe - etwa Gehirnzellen oder Blutgefäße - zu erhalten und gleichzeitig eine vollständige Entfernung des Tumors sicherzustellen. Derzeitige Verfahren wie die intraoperative Histologie sind jedoch zeitaufwendig, nicht für alle Gewebearten geeignet (z. B. Knochen) und erlauben keine dreidimensionale Bildgebung.
Daher besteht ein hoher Bedarf an einer optischen Methode, die zuverlässig zwischen gesundem und tumorösem Gewebe unterscheidet - schnell und direkt während der Operation.
MEMS-basiertes Lasermikroskop mit fluoreszierender Tumormarkierung
Das neu entwickelte System kombiniert ein konfokales Lasermikroskop mit MEMS-Scanner (entwickelt am Fraunhofer IPMS) und eine spezielle Methode zur fluoreszenzbasierten Markierung von Tumorzellen, die von Fraunhofer IZI beigesteuert wurde. Ziel ist die präzise Lokalisierung von Tumorrändern, insbesondere bei neurochirurgischen Eingriffen.
Ablauf:
Tumorgewebe wird mit fluoreszenzmarkierten Antikörpern selektiv eingefärbt.
Das konfokale Mikroskop erstellt mithilfe eines zweiachsigen MEMS-Scanners hochauflösende Bilder der Schnittfläche in Echtzeit.
Technische Eckdaten:
- Laterale Auflösung: < 1,0 μm
- Bildfeld: 200 x 200 μm² (960 x 960 Pixel)
- Z-Achsen-Abtastung: 2000 μm Reichweite, 5 nm Schrittweite
Erfolgreicher Demonstrator und Ausblick
Ein Demonstrator des Systems wurde 2021 erfolgreich am Fraunhofer -Zentrum Erfurt getestet. Die notwendigen Gewebeproben stellte der klinische Partner Helios-Klinikum Erfurt zur Verfügung.
Zukünftige Entwicklungsschritte umfassen:
- Einsatz von künstlicher Intelligenz (KI) zur automatisierten Erkennung von Tumorrändern
- Robotik-Integration zur Unterstützung des OP-Personals
- Anpassung des Systems für den klinischen Routineeinsatz
Die Technologie stellt einen wichtigen Meilenstein auf dem Weg zur bildgestützten Echtzeit-Tumorchirurgie dar und bietet das Potenzial, Operationsergebnisse zu verbessern und Risiken zu minimieren.