Neue MRT-gesteuerte fokussierte Ultraschallchirurgie macht Organbewegungen sichtbar
MRgFUS (Magnetresonanz-gesteuerte fokussierte Ultraschallchirurgie) ist ein nicht-invasives, leistungsstarkes Verfahren, das Bildgebung und Ultraschall kombiniert, um erkranktes Gewebe sichtbar zu machen und zur Behandlung verschiedenster Gewebeerkrankungen wie Tumoren oder Metastasen geeignet. Wenn Bauchorgane involviert sind, ergeben sich allerdings Probleme durch die atembedingte Bewegung und physische Barriere des Brustkorbs. Um diese Hürden zu nehmen, entwickelte das EU-finanzierte Projekt TRANS-FUSIMO den Prototypen eines chirurgischen MRgFUS-Systems mit Bewegungserkennung und Kompensationsalgorithmen für die Echtzeit-Positionskontrolle während der Therapie. Präklinischen Tests zufolge erzeugt das System eine thermische Läsion (d. h. thermische Zerstörung kleinerer Gewebemengen) in einer Zielstruktur, die sich bei Atemtätigkeit bewegt. Nach erfolgreichem Abschluss klinischer Studien am Menschen könnte MRgFUS künftig eine neue Standardtherapien zur Behandlung von Leberkrebs werden. Integriertes Echtzeit-Chirurgiesystem Der TRANS-FUSIMO-Prototyp wurde so konzipiert, dass nur noch ein Softwaretool den gesamten Prozess steuert. Hierfür wird es an die erforderliche Standardhardware angeschlossen, etwa an das MRT zur Überwachung des Eingriffs oder an das FUS-Gerät, mit dem die Schallenergie in den Körper gelangt. MRgFUS bündelt energiereiche Ultraschallwellen von außerhalb des Körpers zu einem Strahl und fokussiert ihn direkt auf die Zielstruktur (etwa den Tumor). Da sich die Zielstruktur durch das Atmen des Patienten bewegt, muss der Ultraschallstrahl ständig angepasst und neu ausgerichtet werden. Das TRANS-FUSIMO-System gleicht die Atembewegungen in Echtzeit aus, indem aus aktuellen Patientendaten die künftige Position der Zielstruktur berechnet und so der Brennpunkt elektronisch angepasst wird. Auf diese Weise werden die Tumorzellen direkt anvisiert und dann thermisch zerstört. Voraussetzung für die Entwicklung der Technologie waren modernste Software- und Stukturkomponenten, die die Daten für die Algorithmen in Echtzeit liefern. „Da die Behandlung eines kleinen Teils der Zielstruktur (Beschallung) nur wenige Sekunden bis zu einer Minute dauert, müssen alle Berechnungen in Echtzeit erfolgen“, sagt Prof. Tobias Preußer als wissenschaftlicher Koordinator des Projekts. „Erstmals gelang es, den Fokus in Echtzeit an sich bewegende Organe mit handelsüblicher MRT- und FUS-Hardware anzupassen.“ Dieser Prototyp wurde zunächst ex vivo (außerhalb des lebenden Organismus) getestet, um dann an Gelphantomen die Sicherheit und Effizienz des Verfahrens zu validieren. Vorteile nicht-invasiver Verfahren Mittels fokussierter Ultraschallchirurgie (FUS) kann nun erkranktes Gewebe ohne einen chirurgischen Schnitt oder das Einführen von Instrumenten im Körper zerstört werden. Da das Verfahren nicht-invasiv ist, werden auch das Risiko von Nebenwirkungen und die Krankenhausverweildauer für Patienten reduziert. Lässt der Allgemeinzustand des Patienten keine konventionelle Therapie zu, könnte diese Form der Therapie zur möglichen Alternative werden. In klinischem Einsatz ist das Verfahren u. a. bereits bei Uterusmyom, Knochenmetastasen und Prostatakrebs. Nach Abschluss der noch laufenden präklinischen Tests soll die Technologie dann in die klinische Phase gehen, sodass Anbieter von FUS- oder MRT-Systemen in fünf bis zehn Jahren mit der Markteinführung rechnen können. „Das Prototypensystem von TRANS-FUSIMO umfasst auch Komponenten, die in Systeme integriert werden können, die nicht mit FUS arbeiten. Beispielsweise haben die Algorithmen zur Echtzeit-Bewegungserkennung und Kompensation großes Potenzial, um bildgesteuerte Verfahren wie interstitielle thermische Ablation, Strahlentherapie, Bildgebung unter Bewegung usw. zu ergänzen“, fügt Prof. Preusser hinzu.
Schlüsselbegriffe
TRANS-FUSIMO, Krebs, Leber, Atemwege, nicht-invasiv, fokussierte Ultraschallchirurgie, Magnetresonanz, Tumor, Ultraschall, Gewebe, Algorithmus