Ein taktiler Sensor zur Gewebedifferenzierung in der Minimal Invasiven HNO-Chirurgie

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Abstract
Hintergrund: Bei endoskopischen Eingriffen gehen dem Operateur neben dem stereoskopischen Sehen taktile Informationen über die Gewebebeschaffenheit verloren. Methode: Aussagen über die Beschaffenheit verschiedener Gewebe sollen über deren Resonanzfrequenz mit Hilfe eines elektromechanischen Schwingungssensors gemacht werden. Dieser kann prinzipiell in ein Operationsinstrument integriert werden. Dadurch soll der Operateur ein indirektes Feedback der taktilen Eigenschaften des Gewebes erhalten. Dazu untersuchten wir frisch resezierte Gewebe (u.a. Nasenpolypen, Lymphknoten, Knorpel, Knochen) und einen präparierten knöchernen Schädel zunächst mit Hilfe eines experimentellen Versuchsaufbaus und anschließend mit einem ersten Prototypen eines taktilen Sensors. Ergebnisse: Die Resonanzfrequenz stieg mit zunehmender Gewebehärte an. Bei Messungen mit dem experimentellen Meßaufbau lag die Resonanzfrequenz für Weichteilgewebe zwischen 15 und 30 Hz. Für die knöchernen Septen des Siebbeins stieg der Wert auf 240-320 Hz und für dickere knöcherne Strukturen der Schädelbasis auf 780-930 Hz. Messungen an Tumoren des oberen Aerodigestivtraktes zeigten, dass mit Hilfe des taktilen Sensors Hinweise auf gesunde oder karzinomatös infiltrierte Schleimhaut wie auch auf karzinomatös unterminierte Mukosa gewonnen werden können. Die Resonanzfrequenz bei unterminierendem Tumorwachstum ist um ein Drittel höher als diejenige der gesunden Schleimhaut. Die mit dem experimentellen Versuchsaufbau erhaltenen Ergebnisse ließen sich mit dem Prototypen des taktilen Sensors bestätigen. Schlußfolgerungen: Eine Differenzierung zwischen gesundem und karzinomatös infiltriertem Gewebe erscheint durch die Messung der Gewebeimpedanz möglich, auch bei verdeckten Strukturen, da der taktile Sensor eine Tiefenempfindlichkeit von bis zu 7 mm hat. Darüber hinaus könnte der taktile Sensor zur Differenzierung verschiedener anatomischer Strukturen in der Chirurgie der Nasennebenhöhlen und der Rhinobasis eingesetzt werden. Durch die Nutzung der taktilen Informationen in der endoskopischen HNO-Chirurgie könnte in Zukunft die intraoperative Gewebedifferenzierung verbessert und damit die Sicherheit minimal invasiver Eingriffe erhöht werden. Background: In endoscopic surgery, stereoscopic vision and tactile information about tissue consistency are no longer available to the surgeon. Methods: To compensate for these sensory deficits, various tissues can be characterized with an electromechanical sensor that records their resonance frequencies. In the future, the sensor will be integrated into surgical instruments, providing the surgeon with information about tactile properties of the tissue. We determined the impedance of tissues removed interoperatively (nasal polyps, lymph nodes, cartilage, bone) and different bony structures in a skull specimen. The examinations were carried out with an experimental setup and subsequently with a prototype of the tactile sensor. Results: Resonance frequency increased with tissue hardness. Measurements with the experimental setup showed resonance frequencies for soft tissues between 15 and 30 Hz. We found that the bony septa of the ethmoid have a resonance frequency of 240-320 Hz and the thicker bony structures at the frontal skull base have a frequency of 780-930 Hz. Measurements of tumors in the upper aerodigestive tract showed that it is possible to differentiate between healthy mucosa, carcinomateous infiltrated mucosa, and carcinomateous undermined mucosa. In case of undermining tumor, the resonance frequency was one third higher than healthy mucosa. These results obtained with the experimental setup were reproduced with the tactile sensor prototype. Conclusions: The use of tactile information in endoscopic otolaryngological surgery may improve intraoperative tissue differentiation in the future. The safety of minimal invasive Operations in head and neck surgery can be increased.

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