Computerunterstützte Operationen von Weichteilsarkomen – ein bisher schwieriges Unterfangen

3D-Computermodell eines Weichteiltumors im Oberschenkel. In Schwarz ist die Tumormasse dargestellt. Die Resektion sollte durch die grüne Zone erfolgen, ohne die rote Zone (entspricht dem Sicherheitsabstand) zu berühren.

Die Erstellung von 3D-Modellen und die darauf basierende computer-unterstützte Resektion von Weichteilsarkomen werden die orthopädische Tumorchirurgie revolutionieren. Hierfür benötigt es aber noch viel Pionierarbeit.

Sarkome sind bösartige Tumoren, die direkt in den Weichteilen und den Knochen entstehen. Dies im Gegensatz zu Karzinomen, die ihren Ursprung in den Organen haben. Trotz Fortschritten in der Medikamententherapie und der Bestrahlungstechnik bleibt die korrekte und komplette chirurgische Entfernung weiterhin der Grundpfeiler der erfolgreichen Behandlung von Sarkomen. Bei Knochensarkomen wird an der Universitätsklinik Balgrist routinemässig ein 3D-Modell des Tumors am Computer erstellt, um die Resektion zu planen und virtuell zu simulieren. Mit dem 3D-Drucker werden patientenspezifische Schnittblöcke hergestellt, um die Planung während der Operation präzise umzusetzen. Eine Studie aus unserem Team hat ergeben, dass wir so eine Genauigkeit von +/- 2 mm erreichen.

Aufgrund der bisher sehr guten Erfahrungen möchten wir dieses Prinzip auch auf die Weichteilsarkome anwenden. Im Gegensatz zu den Knochen, die starre und feste Objekte sind, verändern sich die Weichteile je nach Position des Patienten / der Patientin. Grundlage jeder Operationsplanung ist die MRI-Bildgebung, die den Tumor mit seinem Bezug zu Muskulatur, Knochen, Nerven und Gefässen darstellt. Die MRI-Bildgebung wird immer in der Rückenlage durchgeführt. Je nach anatomischer Lage des Tumors erfolgt die Operation hingegen in Rücken-, Seiten- oder Bauchlage. Um diesen Umstand zu untersuchen, haben wir im Rahmen einer Studie an einem Bein einer Leiche ein Weichteilsarkom simuliert und eine MRI-Bildgebung in verschiedenen Positionen durchgeführt. Wir konnten nachweisen, dass sich die Position und Form eines Weichteiltumors je nach Positionierung erheblich verändert. Aus diesem Grund führen wir im Rahmen einer Folgestudie die MRI-Bildgebung in der gleichen Position wie die spätere Operationslagerung durch. Das erstellte präoperative 3D-Modell des Tumors wird so deutlich genauer.

Neben der Erstellung eines realistischen Computermodells hat auch die Umsetzung der Planung während der Operation ihre Tücken. Weichteile bieten im Gegensatz zu Knochen keine harte Oberfläche, auf die ein Schnittblock aufgesetzt werden kann. Entsprechend wird aktuell nach einer alternativen Methode gesucht. Ein erster Ansatz ist die Navigation mit Audio-Feedback. Analog zu Parksensoren beim Auto, ertönt ein Geräusch, je näher am Tumor geschnitten wird. Diese Technik haben wir in einer virtuellen Realität erprobt. Um den oder die Operateur/in nicht mit permanenten Signaltönen abzulenken, erfolgt das Feedback über das Verändern einer Hintergrundmusik. So ändert sich das Musikgenre (z. B. von Klassik zu Hardrock), falls zu nahe am Tumor gearbeitet und der geforderte Sicherheitsabstand bei der Resektion nicht eingehalten wird.

Diese Arbeiten sind erste Schritte in Richtung des Ziels, eine 3D-computergeplante Resektion von Weichteilsarkomen anzubieten. Bis eine etablierte Technik im Operationssaal zur Anwendung kommt, sind jedoch noch weitere medizinische und technische Hürden zu meistern.

PD Dr. med. Daniel Müller ist Leitender Arzt und seit Januar 2017 Leiter der Tumorchirurgie der Universitäts- klinik Balgrist. Im September 2019 wurde ihm von der Universität Zürich die Venia Legendi erteilt.