Die Lasersonde, das iKnife und die Schneide der Chirurgie

Wenn der Gedanke, unter das Messer zu gehen, dich mit Angst erfüllt, sei beruhigt. Chirurgie ist nicht länger die brutale und gefährliche Erfahrung unserer Vorfahren. Dank Wunder wie Laparoskopie, Roboterlösungen und neuerdings dem iKnife und der Lasersonde wird der chirurgische Eingriff immer sicherer.

[Chirurgie]

Archäologen glauben, dass Menschen seit 11.000 Jahren operiert werden. Die Schädeloperation, bekannt als Trepanation, stammt wahrscheinlich aus der Jungsteinzeit. Dabei wurde ein Loch in den Schädel einer lebenden Person gebohrt.

Spekulationen deuten darauf hin, dass es zur Heilung von Erkrankungen wie Krämpfen, Knochenbrüchen, Kopfschmerzen und Infektionen eingesetzt wurde. Die alten Ägypter benutzten die gleiche Operation, um Kopfschmerzen und Migräne auszulösen.

Seit dem Jahr 1812 gibt es Berichte über Verfahren, die heute als grausam angesehen werden, wie zum Beispiel das Durchgehen eines Hakens durch die Pupille eines Mannes während der Entfernung eines Katarakts und die Verwendung von Blutegeln zum Aderlass. Pioniere ihrer Zeit zeigten sowohl Chirurgen als auch Patienten bemerkenswerten Mut.

Sprung von dort in die Gegenwart, und Sie haben minimal-invasive Chirurgie, wo sogar eine Herztransplantation jetzt relativ Routine ist. Von Januar 1988 bis Juli 2016 haben 64.055 Herztransplantationen in den Vereinigten Staaten stattgefunden, so das United Network for Organ Sharing (UNOS).

Fortschritte in der minimal-invasiven Chirurgie

1987 führte ein französischer Gynäkologe die erste anerkannte laparoskopische Operation zur Entfernung einer Gallenblase durch. Von dort aus hat sich die Praxis schnell erweitert. Gemäß der US-amerikanischen Food and Drug Administration (FDA) werden in den USA jedes Jahr über 2 Millionen laparoskopische Operationen durchgeführt.

Bei der laparoskopischen oder "Schlüsselloch" -Operation durchläuft eine kleine Röhre mit einer Lichtquelle und einer Kamera den Körper, bis er den relevanten Teil erreicht. Die Bereiche, die operiert werden müssen, erscheinen auf einem Bildschirm, während der Chirurg die Werkzeuge durch kleine Öffnungen bearbeitet.

Minimal-invasive Verfahren bedeuten kleinere Inzisionen mit weniger Narbenbildung, ein geringeres Infektionsrisiko, kürzere Krankenhausaufenthalte und reduzierte Rekonvaleszenz.

Roboter-Chirurgie

Nächster Halt, Roboteroperation. Im Jahr 2000 meldete ein Team von Wissenschaftlern in Deutschland, die Techniken für die minimal-invasive Chirurgie erforscht hatten, ein System mit zwei Roboterarmen, die von einem Chirurgen an einer Steuerkonsole gesteuert werden. Sie haben es ARTEMIS genannt.

[Roboteroperation]

Im Juli 2000 wurde das da Vinci-System in den USA zum Schneiden und für chirurgische Eingriffe zugelassen.

Es war das erste robotergestützte chirurgische System, das von der FDA zugelassen wurde, und seine Verwendung ist relativ weit verbreitet.

Das System besteht aus drei Komponenten: einem Vision-Wagen mit Lichtquelle und Kameras, einer Master-Konsole, auf der der Operateur sitzt, und einem beweglichen Wagen mit zwei Instrumentenarmen und dem Kameraarm.

Die Kamera liefert ein echtes 3D-Bild, das über den Händen des Chirurgen angezeigt wird, so dass die Spitzen der Instrumente wie eine Verlängerung der Kontrollgriffe erscheinen. Fußpedale steuern Elektrokauter, Kamerafokus, Instrumenten- und Kameraarmkupplungen und Hauptkontrollgriffe, die die Roboterarme des Patienten auf der Patientenseite antreiben.

Es gab Berichte über Fehler und Fehlfunktionen, von denen einige tödlich verliefen, und nicht jeder ist davon überzeugt, dass Roboteroperationen tatsächlich bessere Patientenergebnisse hervorbringen.

Was das Auge nicht sehen kann

Das elektrochirurgische Messer wurde in den 1920er Jahren erfunden. Mit einem elektrischen Strom wird das Körpergewebe schnell erwärmt, so dass der Chirurg das Gewebe mit minimalem Blutverlust durchschneiden kann. Es wird häufig in der Krebs-Chirurgie verwendet.

Bildgesteuerte Chirurgie, wie die Laparoskopie, hat das Ausmaß der Intervention für viele Operationen reduziert.

Wenn es jedoch um Krebs geht, können Bilder zeigen, wo sich der Tumor befindet, aber weder Bilder noch das menschliche Auge können leicht zwischen gesundem und ungesundem Gewebe unterscheiden.

Dr. Zoltan Takats vom Imperial College London im Vereinigten Königreich sah einen Weg, wie das elektrochirurgische Messer die Lücke füllen konnte, die Bilder nicht bieten können.

[MRT Hirntumor]

Betritt das iKnife. Basierend auf der Elektrochirurgie kann das iKnife genau erkennen, welches Gewebe entfernt werden muss und welches bleiben soll.

Bis vor kurzem war der einzige definitive Weg, um zu wissen, ob Gewebe kanzerös ist oder nicht, eine Biopsie für ein Studium zu sein, normalerweise unter einem Mikroskop. Der Nachteil ist, dass während der Operation nur sehr wenige Proben genommen und getestet werden können, und es kann 40 Minuten dauern, um jeden Test zu absolvieren. Dies ist keine praktische Möglichkeit, den Rand eines Tumors während einer Operation zu definieren.

2013 wurde das erste iKnife entwickelt, mit dem der Chirurg biologisches Gewebe untersuchen kann, indem er Elektrochirurgie mit Massenspektrometrie kombiniert. In der Massenspektrometrie werden ionisierte oder geladene Teilchen durch elektrische oder magnetische Felder geleitet.

Massenspektrometrie liefert Messungen des Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses, und diese Messungen ermöglichen die Unterscheidung zwischen Geweben unterschiedlicher Zusammensetzung, bekannt als chemisches Profiling. Durch die Analyse der chemischen Zusammensetzung verschiedener Proben kann aufgezeigt werden, welche Gewebe gesund sind und welche nicht.

Zu dieser Zeit sagte Dr. Takats, er erwarte, dass das iKnife auf verschiedene Arten von Operationen anwendbar sei und dass es Kosten sparen würde.

Wie funktioniert das iKnife?

Das Schneiden mit einem Elektroskalpell führt dazu, dass das Gewebe beim Schneiden verdampft. Dies erzeugt einen Rauch, der normalerweise von Absaugsystemen abgesaugt wird. Aber indem man das iKnife an ein Massenspektrometer anschließt und den Rauch dorthin pumpt, kann der Dampf "eingefangen" und auf chemische Zusammensetzung analysiert werden. Durch Abgleich der Ergebnisse mit einer Referenzbibliothek kann der Chirurg innerhalb von 3 Sekunden sehen, um welche Art von Gewebe es sich handelt.

Im Jahr 2013, Dr.Takats und sein Team verwendeten das iKnife, um Gewebeproben zu analysieren, die von 302 Patienten gesammelt worden waren, die sich einer Operation unterzogen hatten, um verschiedene Krebsarten zu entfernen, sowohl krebsartige als auch nicht-krebsartige.

Sie zeichneten die Eigenschaften von Tausenden von Gewebeproben auf, die von Tumoren in Gehirn, Lunge, Brust, Magen, Dickdarm und Leber entnommen wurden. Aus diesen Proben erstellten sie eine Datenbank mit 1624 Krebs- und 1,309 Nicht-Krebs-Einträgen, auf die zukünftige Proben abgestimmt werden konnten.

Das Team verwendete dann das iKnife mit der schnellen Verdampfungs-Ionisations-Massenspektrometrie (REIMS) bei 81 chirurgischen Eingriffen. Messungen wurden während der Operation durchgeführt, und das Gewebe wurde anschließend in herkömmlicher Weise getestet. In jedem Fall stimmte die Ablesung genau mit der postoperativen histologischen Diagnose überein.

Das iKnife wurde für die Elektrochirurgie entwickelt, weil Chirurgen sein Potenzial zur Entfernung von Krebstumoren erkannt haben, aber seine Anwendbarkeit in der Hydro- und Laserchirurgie wurde bereits angesprochen. In Zukunft könnte es verwendet werden, um Messungen durchzuführen, um die Schleimhäute und die respiratorischen, urinogenitalen oder gastrointestinalen Systeme zu analysieren.

Das iKnife ist bereits am Imperial College London im Einsatz und wird derzeit in der Brust-, Darm- und Eierstockkrebs-Chirurgie getestet.

Laserdetektion von Hirntumoren

In jüngerer Zeit haben Forscher in Großbritannien und Kanada das iKnife mit einer Lasersonde gekoppelt, um abnormales Gewebe während der Operation zu erkennen, um einen Gehirntumor zu entfernen.

Diese Technik verwendete eine Nah-Infrarot-Lasersonde, um zu bestimmen, ob Gewebe kanzerös oder gesund war, indem das vom Gewebe reflektierte Licht gemessen wurde.

Schnelle Fakten über Fortschritte in der Chirurgie

  • Die erste erfolgreiche Anwendung der Ätheranästhesie erfolgte 1846
  • Carbolsäure wurde zuerst als Antiseptikum zwischen 1867 und 1876 verwendet
  • Im Jahr 1907 wurde das erste künstliche Antibiotikum geschaffen.

Als sie den Lichtstrahl auf das freiliegende Gehirn richtete, begannen Moleküle in den Zellen zu vibrieren. Während sie dies taten, sammelte die Faseroptik in der Sonde das gestreute Licht, das vom Gewebe abprallte.

Durch die Messung der Schwingungsfrequenz konnten die Wissenschaftler feststellen, welches Gewebe gesund war und welches nicht. Wie beim iKnife dauerte die Analyse nur Sekunden.

In der Krebs-Chirurgie kann die Fähigkeit, die genaue Grenze eines Bereichs von bösartigem Gewebe zu erkennen, den Unterschied zwischen Leben und Tod ausmachen und zwischen der Notwendigkeit einer Operation wiederholen oder nicht.

Die Möglichkeit, das genaue Gewebe zu entfernen, stellt nicht nur sicher, dass der gesamte Tumor entfernt wird, sondern reduziert auch unnötigen Gewebeverlust, was zu besseren Ergebnissen für die Patienten führt.

Die Forscher stellen fest, dass insbesondere bei Hirntumoren die Unfähigkeit, die Grenze eines Tumors auch mit einem Operationsmikroskop zu sehen, ein erhöhtes Risiko für zusätzliche Schäden, wie den Verlust von Sprache, birgt. Mit fortschreitender Technologie nehmen die Risiken einer Operation allmählich ab.

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