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Der Chirurg

pp 1–10 | Cite as

Möglichkeiten und Perspektiven der Hyperspektralbildgebung in der Viszeralchirurgie

  • I. GockelEmail author
  • B. Jansen-Winkeln
  • N. Holfert
  • N. Rayes
  • R. Thieme
  • M. Maktabi
  • R. Sucher
  • D. Seehofer
  • M. Barberio
  • M. Diana
  • S. M. Rabe
  • M. Mehdorn
  • Y. Moulla
  • S. Niebisch
  • D. Branzan
  • K. Rehmet
  • J. P. Takoh
  • T.-O. Petersen
  • T. Neumuth
  • A. Melzer
  • C. Chalopin
  • H. Köhler
Originalien
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Zusammenfassung

Die Hyperspektralbildgebung („HyperSpectral Imaging“ [HSI]) erlaubt quantitative Gewebeanalysen über die Limitationen des menschlichen Auges hinaus. Somit dient es als neues Diagnostikinstrument der optischen Eigenschaften verschiedener Gewebe. Im Gegensatz zu anderen intraoperativen bildgebenden Methoden ist HSI kontaktlos, nichtinvasiv und bedarf keiner Kontrastmittelapplikation. Die Messungen nehmen nur wenige Sekunden in Anspruch und stören somit die Operationsabläufe unwesentlich. Erste HSI-Anwendungen in der Viszeralchirurgie sind vielversprechend mit dem Potenzial optimierter Ergebnisse. Aktuelle Konzepte, Möglichkeiten und neue Perspektiven der HSI-Technologie sowie deren Limitationen werden in dieser Arbeit diskutiert.

Schlüsselwörter

Bildgestützte Chirurgie Hyperspektralbildgebung Viszeralchirurgie Nichtinvasive Gewebeanalyse Optimierte chirurgische Ergebnisse 

Possibilities and perspectives of hyperspectral imaging in visceral surgery

Abstract

HyperSpectral Imaging (HSI) technology enables quantitative tissue analyses beyond the limitations of the human eye. Thus, it serves as a new diagnostic tool for optical properties of diverse tissues. In contrast to other intraoperative imaging methods, HSI is contactless, noninvasive, and the administration of a contrast medium is not necessary. The duration of measurements takes only a few seconds and the surgical procedure is only marginally disturbed. Preliminary HSI applications in visceral surgery are promising with the potential of optimized outcomes. Current concepts, possibilities and new perspectives regarding HSI technology together with its limitations are discussed in this article.

Keywords

Image-guided surgery Hyperspectral imaging Visceral surgery Noninvasive tissue analysis Optimized surgical results 

Notes

Einhaltung ethischer Richtlinien

Interessenkonflikt

Die verwendeten Hyperspektralsysteme wurden von Diaspective Vision GmbH entwickelt. H. Köhler ist Angestellter dieser Firma. Langfristig hat Diaspective Vision GmbH wirtschaftliches Interesse an der Entwicklung von Hyperspektralsystemen für den klinischen Einsatz. I. Gockel, B. Jansen-Winkeln, N. Holfert, N. Rayes, R. Thieme, M. Maktabi, R. Sucher, D. Seehofer, M. Barberio, M. Diana, S.M. Rabe, M. Mehdorn, Y. Moulla, S. Niebisch, D. Branzan, K. Rehmet, J.P. Takoh, T.-O. Petersen, T. Neumuth, A. Melzer und C. Chalopin geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.

Für diesen Beitrag wurden von den Autoren keine Studien an Menschen oder Tieren durchgeführt. Für die aufgeführten Studien gelten die jeweils dort angegebenen ethischen Richtlinien (Ethikvotum 393-16ek der Ethik-Kommission an der Medizinischen Fakultät der Universität Leipzig).

Literatur

  1. 1.
    Al Furajii H, Cahill RA (2015) Laparoscopic and endoscopic near-infrared perfusion assessment of in situ ileoileal, ileocolic, colocolic, colorectal and ileoanal anastomosis during intestinal operation for benign and malignant disease: a video vignette. Colorectal Dis 17(Suppl 3):37.  https://doi.org/10.1111/codi.13090 CrossRefPubMedGoogle Scholar
  2. 2.
    Andersen HS, Gögenur I (2014) Optimized assessment of intestinal perfusion may reduce the risk of anastomotic leakage in the gastrointestinal tract. Ugeskr Laeg 176:1437–1441PubMedGoogle Scholar
  3. 3.
    Baltussen EJM, Kok END, Brouwer de Koning SG et al (2019) Hyperspectral imaging for tissue classification, a way toward smart laparoscopic colorectal surgery. J Biomed Opt 24:1–9.  https://doi.org/10.1117/1.JBO.24.1.016002 CrossRefPubMedGoogle Scholar
  4. 4.
    Barberio M, Maktabi M, Gockel I et al (2018) Hyperspectral based discrimination of thyroid and parathyroid during surgery. Curr Dir Biomed Eng 4:399–402.  https://doi.org/10.1515/cdbme-2018-0095 CrossRefGoogle Scholar
  5. 5.
    Bartels H, Siewert JR (2008) Therapie der Mediastinitis am Beispiel des Ösophaguskarzinoms. Chirurg 79:30–37.  https://doi.org/10.1007/s00104-007-1441-2 CrossRefPubMedGoogle Scholar
  6. 6.
    Brisling S, Gögenur I (2015) Fluorescence angiography can change the operative strategy in performing colorectal anastomosis. Ugeskr Laeg Ugeskr Laeg 177:(36). pii: V12140720.Google Scholar
  7. 7.
    Brouwer de Koning SG, Baltussen EJM, Karakullukcu MB et al (2018) Toward complete oral cavity cancer resection using a handheld diffuse reflectance spectroscopy probe. J Biomed Opt 23:1.  https://doi.org/10.1117/1.JBO.23.12.121611 CrossRefPubMedGoogle Scholar
  8. 8.
    Carus T, Lienhard H (2009) Laparoscopic fluorescence angiography with indocyanine green to control the perfusion of colorectal anastomoses intraoperatively. In: Schumpelick V, Bruch H‑P, Schackert HK (Hrsg) Chirurgisches Forum und DGAV Forum 2009. Springer, Berlin Heidelberg, S 331–333CrossRefGoogle Scholar
  9. 9.
    Degett TH, Andersen HS, Gögenur I (2016) Indocyanine green fluorescence angiography for intraoperative assessment of gastrointestinal anastomotic perfusion: a systematic review of clinical trials. Langenbecks Arch Surg 401:767–775.  https://doi.org/10.1007/s00423-016-1400-9 CrossRefPubMedGoogle Scholar
  10. 10.
    Falco J, Dip F, Quadri P et al (2017) Increased identification of parathyroid glands using near infrared light during thyroid and parathyroid surgery. Surg Endosc 31:3737–3742.  https://doi.org/10.1007/s00464-017-5424-1 CrossRefPubMedGoogle Scholar
  11. 11.
    Holmer A, Marotz J, Wahl P et al (2018) Hyperspectral imaging in perfusion and wound diagnostics—methods and algorithms for the determination of tissue parameters. Biomed Eng 63:547–556.  https://doi.org/10.1515/bmt-2017-0155 CrossRefGoogle Scholar
  12. 12.
    Jafari MD, Wexner SD, Martz JE et al (2015) Perfusion assessment in laparoscopic left-sided/anterior resection (PILLAR II): a multi-institutional study. J Am Coll Surg 220(e1):82–92.  https://doi.org/10.1016/j.jamcollsurg.2014.09.015 CrossRefPubMedGoogle Scholar
  13. 13.
    Jansen SM, de Bruin DM, van Berge Henegouwen MI et al (2018) Optical techniques for perfusion monitoring of the gastric tube after esophagectomy: a review of technologies and thresholds. Dis Esophagus.  https://doi.org/10.1093/dote/dox161 CrossRefPubMedGoogle Scholar
  14. 14.
    Jansen-Winkeln B, Holfert N, Köhler H et al (2019) Determination of the transection margin during colorectal resection with hyperspectral imaging (HSI). Int J Colorectal Dis.  https://doi.org/10.1007/s00384-019-03250-0 CrossRefPubMedGoogle Scholar
  15. 15.
    Jansen-Winkeln B, Maktabi M, Takoh JP et al (2018) Hyperspektral-Imaging bei gastrointestinalen Anastomosen. Chirurg 89:717–725.  https://doi.org/10.1007/s00104-018-0633-2 CrossRefPubMedGoogle Scholar
  16. 16.
    Khouj Y, Dawson J, Coad J, Vona-Davis L (2018) Hyperspectral imaging and K‑means classification for histologic evaluation of ductal carcinoma in situ. Front Oncol.  https://doi.org/10.3389/fonc.2018.00017 CrossRefPubMedPubMedCentralGoogle Scholar
  17. 17.
    Köhler H, Jansen-Winkeln B, Maktabi M et al (2019) Evaluation of hyperspectral imaging (HSI) for the measurement of ischemic conditioning effects of the gastric conduit during esophagectomy. Surg Endosc.  https://doi.org/10.1007/s00464-019-06675-4 CrossRefPubMedGoogle Scholar
  18. 18.
    Lu G, Fei B (2014) Medical hyperspectral imaging: a review. J Biomed Opt 19:10901.  https://doi.org/10.1117/1.JBO.19.1.010901 CrossRefPubMedCentralGoogle Scholar
  19. 19.
    McWade MA, Paras C, White LM et al (2014) Label-free intraoperative parathyroid localization with near-infrared autofluorescence imaging. J Clin Endocrinol Metab 99:4574–4580.  https://doi.org/10.1210/jc.2014-2503 CrossRefPubMedPubMedCentralGoogle Scholar
  20. 20.
    Puhl G, Schaser K‑D, Pust D et al (2005) Initial hepatic microcirculation correlates with early graft function in human orthotopic liver transplantation. Liver Transpl 11:555–563.  https://doi.org/10.1002/lt.20394 CrossRefPubMedGoogle Scholar
  21. 21.
    Rayes N, Seehofer D, Neuhaus P (2014) The surgical treatment of bilateral benign nodular goiter. Dtsch Arzteblatt Online.  https://doi.org/10.3238/arztebl.2014.0171 CrossRefGoogle Scholar
  22. 22.
    Tummers QRJG, Schepers A, Hamming JF et al (2015) Intraoperative guidance in parathyroid surgery using near-infrared fluorescence imaging and low-dose methylene blue. Surgery 158:1323–1330.  https://doi.org/10.1016/j.surg.2015.03.027 CrossRefPubMedPubMedCentralGoogle Scholar
  23. 23.
    Veeramootoo D, Shore AC, Wajed SA (2012) Randomized controlled trial of laparoscopic gastric ischemic conditioning prior to minimally invasive esophagectomy, the LOGIC trial. Surg Endosc 26:1822–1829.  https://doi.org/10.1007/s00464-011-2123-1 CrossRefPubMedGoogle Scholar

Copyright information

© Springer Medizin Verlag GmbH, ein Teil von Springer Nature 2019

Authors and Affiliations

  • I. Gockel
    • 1
    Email author
  • B. Jansen-Winkeln
    • 1
  • N. Holfert
    • 1
  • N. Rayes
    • 1
  • R. Thieme
    • 1
  • M. Maktabi
    • 2
  • R. Sucher
    • 1
  • D. Seehofer
    • 1
  • M. Barberio
    • 1
    • 3
  • M. Diana
    • 3
  • S. M. Rabe
    • 1
  • M. Mehdorn
    • 1
  • Y. Moulla
    • 1
  • S. Niebisch
    • 1
  • D. Branzan
    • 1
  • K. Rehmet
    • 1
  • J. P. Takoh
    • 1
  • T.-O. Petersen
    • 4
  • T. Neumuth
    • 2
  • A. Melzer
    • 2
  • C. Chalopin
    • 2
  • H. Köhler
    • 2
  1. 1.Klinik und Poliklinik für Viszeral‑, Transplantations‑, Thorax- und Gefäßchirurgie, Department für Operative Medizin (DOPM)Universitätsklinikum Leipzig, AöRLeipzigDeutschland
  2. 2.Innovation Center Computer Assisted Surgery (ICCAS)Universität LeipzigLeipzigDeutschland
  3. 3.Institut de Recherche contre les Cancers de l’Appareil Digestive (IRCAD)StraßburgFrankreich
  4. 4.Klinik und Poliklinik für Diagnostische und Interventionelle RadiologieUniversitätsklinikum Leipzig, AöRLeipzigDeutschland

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