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Elektrolytstrahlsensor zur Bestimmung von Gewebe-Elastizität in Echtzeit


Kurzfassung

Mechanische Elastizität ist ein zentraler Parameter von Zellen und Geweben. Beispielsweise zeigen viele Tumore eine andere Elastizität als gesundes Ursprungsgewebe.

Hier stellen wir ein neues Instrument vor, das Prinzipien der Rasterionenleitfähigkeitsmikroskopie, engl. scanning ion conductance microscopy (SICM), in die Makro-Umgebung einer Endoskopie oder Laparoskopie überträgt.

Damit rückt eine Echtzeit-Bestimmung von Gewebe-Elastizitäten auch in einem klinischen Setting in Reichweite. In handelsübliche Endoskope integriert könnte der neue Sensor vor allem bei minimalinvasiver Chirurgie helfen, gesundes von krankem Gewebe besser abzugrenzen.  


Hintergrund

Eine Reihe an Methoden befindet sich in Entwicklung, die Gewebe-Elastizität als neuen Parameter für die medizinische Diagnostik verfügbar machen möchten. Gesucht werden Verfahren, die eine Differenzierung von Elastizitätsunterschieden erlauben und Elastizität als neuen diagnostischen Marker in der Medizin etablieren1. In der minimalinvasiven Chirurgie sind außerdem generell bessere intraoperative Unterscheidungsmöglichkeiten von Geweben zur Gefäßdetektion und Tumorlokalisation nötig.

Auch werden Sensoren zur Charakterisierung der Gewebebeschaffenheit aktuell im Kontext der roboterassistierten Chirurgie erforscht und entwickelt. Gesucht werden hier vor allem Techniken für das bislang oft mangelnde haptische Feedback. 

 

 


Bilder & Videos


Problemstellung

Etliche methodische Restriktionen begrenzen bislang den Einsatz von Verfahren zur Elastizitätsbestimmung von Geweben weitgehend auf eine in vitro Umgebung. Probleme bereiten unter anderem eine geringe räumliche Auflösung (i.e. Ultraschall-Elastographie), aber auch eine schlechte Praktikabilität (i.e. bei der Rasterionenleitfähigkeitsmikroskopie, englisch  scanning ion conductance microscopy (SICM)2,3,4). Mit SICM lassen sich daher aktuell nur Zellen oder Gewebeproben messen. 

 

 


Lösung

Unser neues Gerät überträgt das Messverfahren der SICM auf eine Makro-Umgebung.

Ein einfach per Hand zu positionierender Sensorkopf nutzt einen Elektrolytstrahl, um in einem x-beliebigen Gewebe eine charakteristische Eindellung (Indentation) zu verursachen. Die resultierende Änderung eines gleichzeitig aufgezeichneten Ionen-Stroms zwischen zwei Elektroden erlaubt eine präzise Bestimmung der Stärke der Gewebe-Indentation und gibt einen präzisen Parameter für die Gewebelastizität bei hoher räumlicher Auflösung. Je größer die Indentationstiefe im Gewebe, die vom Elektrolytstrahl ausgelöst wird, desto größer ist der gemessene Ionenstrom. 

Durch die kompakte Architektur des Elektrolytstrahlsensors, der ohne bewegliche Teile auskommt und zudem kostengünstig herstellbar ist, ist eine Verwendung in der minimalinvasiven Chirurgie sowohl hinsichtlich der Abmessungen als auch der Sterilisierbarkeit bzw. der Realisierbarkeit als Einmalprodukt vorstellbar.  


Vorteile

- Kompakter, leicht zu bedienender Sensorkopf, Machbarkeit ist etabliert in vitro

- Prinzipiell neue Methode zur Bestimmung von Gewebeelastizität

- Bei erfolgreicher Weiterentwicklung und Markteinführung Zugriff auf diagnostischen und therapeutischen Zugewinn in der minimal-invasiven Chirurgie, Endoskopie

- Chance auf Schärfung intraoperativer Entscheidungen, etwa zur Frage, wo genau Grenzen zwischen gesundem und krankem Gewebe exakt verlaufen. Einsatzmöglichkeiten nicht nur in der Tumorchirurgie, sondern generell in einer nerven- und gefäßschonenden miminalinvasiven Chirurgie (i.e. Erhalt des Nervus recurrens bei HNO-Operationen


Anwendungsbereiche

- Minimalinvasive Chirurgie

- Tumorchirurgie

- Neurochirurgie

- HNO-Chirurgie,

- Laparoskopie

- Endoskopie


Service

Lizenz oder Verkauf zur gewerblichen Nutzung

Entwicklungskooperation


Eberhard Karls Universität Tübingen

Dr. Rolf Hecker
+49 (0)7071-2972639
r.hecker@uni-tuebingen.de
www.technologietransfer.uni-tuebingen.de
Adresse
Keplerstraße 2
72074 Tübingen



Entwicklungsstand

Prototyp


Patentsituation

  • DE anhängig
  • US anhängig

Stichworte

Mechanische Elastizität, Elastizität, Parameter, Zellen, Gewebe, Krebs, Instrument, SICM, Endoskopie, Laparoskopie, Wasserstrahl, Messungen, makroskopische Probe, Diagnostik, Krebsdiagnostik, Endoskopie, Minimal-invasive Chirurgie

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TechnologieAllianz e. V.
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(Geschäftsstellenleiterin)

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