GRK 2543

Intraoperative multisensorische Gewebedifferenzierung in der Onkologie

01.04.2020 bis 30.09.2024

Das übergeordnete Ziel aller neuen interventionellen Verfahren in der Chirurgie ist es minimale Invasivität und hohe Effektivität mit kurzer Behandlungsdauer und geringen Komplikationsraten zu vereinbaren. Ein zentraler Aspekt in der Onkologie ist die Unterscheidung der malignen Zielstrukturen und des umgebenden Gewebes während des operativen Eingriffs. Innerhalb der aktuellen therapeutischen Verfahren tragen vor allem Innovationen im Bereich der prä- als auch der postoperativen Diagnostik zur verbesserten Differenzierung benigner und maligner Gewebestrukturen bei. In Abgrenzung dazu wird im geplanten Graduiertenkolleg die intraoperative Gewebedifferenzierung adressiert. Die Fusion von neuartigen, multimodalen Sensoriken mittels maschineller Lernverfahren weist ein hohes Potenzial auf, das über die einzelnen Sensoren hinausgeht. Die vorgestellten Verfahren sind als Ergänzung zum Goldstandard der intraoperativen Gewebedifferenzierung, der Schnellschnittdiagnostik, zu verstehen und zielen auf die Unterstützung der Operateurinnen und Operateure bei der Entscheidungsfindung zwischen Resektion und Gewebeerhalt ab. Anhand klinischer Anwendungsszenarien aus Frauengesundheit & Urologie werden im beantragten Graduiertenkolleg neue multimodale Gewebedifferzierungsansätze zur Ergänzung bildgebender Verfahren erforscht. Die multimodalen Sensoriken erfassen neben optischen Gewebeeigenschaften, die mittels IR- bzw. Raman-Spektroskopie detektiert werden, auch elektrische und mechanische Kenngrößen, um eine bestmögliche Differenzierung des zu untersuchenden Gewebes zu erreichen. Weiterhin werden die zugehörigen Auswerteverfahren und die Gewebedifferenzierungskapazität aktiver chirurgischer Instrumente, wie aus der Wasserstrahlchirurgie, analysiert. Die Informationen werden modellbasiert ausgewertet und zur umfassenden Beurteilung des Gewebes in der multimodalen Sensorfusion zusammengeführt. Die Verwendung maschineller Lernverfahren ermöglicht eine zuverlässige Klassifizierung des untersuchten Gewebes. Die ausgeprägte Interdisziplinarität im Forschungsgebiet Medizintechnik spiegelt sich im Betreuungs- und Qualifizierungskonzept wider: Die Promovierenden werden von einem Team mit komplementärer Expertise betreut und allen beteiltigten wissenschaftlichen Arbeitsbereichen zugeordnet. Diese integrierte Ausbildung qualifiziert die Promovierenden in besonderer Weise für forschungsnahe Tätigkeiten an der Schnittstelle von Medizin und Systemtechnik. Das skizzierte Graduiertenkolleg stellt – nach der Gründung des „Interuniversitären Zentrums für medizinische Technologien Stuttgart – Tübingen (IZST)“ und der Einrichtung gemeinsamer Studiengänge zur Medizintechnik – den nächsten folgerichtigen Schritt zur Erweiterung der Zusammenarbeit beider Universitäten im Bereich der Medizintechnik dar.