Zahlreiche chirurgische Assistenzsysteme sind in der klinischen Praxis im Einsatz, um die Genauigkeit und Sicherheit medizinischer Eingriffe zu erhöhen. Die Verwendung von Bildgebungsverfahren durch solche Systeme und die Teilautomatisierung von Prozessen kann einen weiteren Schritt in Richtung höherer Effizienz chirurgischer Interventionen und höherer Patientensicherheit darstellen. Dies stellt jedoch große Herausforderungen an die Systementwickler, welche zur Evaluation dieser Systeme während der Konstruktion geeignete Konzepte und Testmethoden benötigen. Diese Arbeit hat zwei wesentliche Zielsetzungen: Zum einen soll vorgestellt werden, wie zur zielführenden Entwicklung eines duplexsonographisch geführten, semiautomatisch arbeitenden Assistenzsystems zur Gefäßpräparation (ASTMA-System) ein anthropomorphes, physiologisches Phantom anhand zuvor definierter, für die Entwicklung relevanter, Anforderungen konstruiert wurde. Dieses ermöglichte es, die Arbeitsprozesse des Systems und deren Eignung bereits in vitro umfangreich zu testen. Zum andern soll dargestellt werden, wie das Phantom hinsichtlich dieser Anforderungen in einer Studie validiert wurde, um zu gewährleisten, dass dieses für die Systementwicklung erforderliche Eigenschaften aufwies. Dadurch konnten wichtige Informationen über Nutzen und Limitierung der Verwendung des Phantoms und mögliche Probleme des ASTMA-Systems gewonnen werden. Hiermit soll demonstriert werden, wie ein Entwicklungs- und Validierungsansatz für ein Phantom als Testsystem zur Entwicklung und Evaluation ähnlicher komplexer medizintechnischer Systeme mit intraoperativer Bildgebung gestaltet werden kann und welchen Anforderungen solche Phantome genügen sollten. Dies kann dabei helfen, die Systementwicklung zielführend und ressourceneffizient durchzuführen, Probleme bereits während früher Entwicklungsschritte aufzudecken und zu lösen und die Eignung des Verfahrens des entwickelten Systems zu beurteilen.

Simple Summary Good oxygenation of both bowel ends is an important prerequisite to promote anastomotic healing after colorectal resections. Bowel oxygenation is usually assessed clinically. Hyperspectral imaging is a contactless and contrast-free tool that allows quantifying tissue oxygen intraoperatively. In this study, the results of 105 colorectal resections with hyperspectral imaging are reported. Abstract Background: A perfusion deficit is a well-defined and intraoperatively influenceable cause of anastomotic leak (AL). Current intraoperative perfusion assessment methods do not provide objective and quantitative results. In this study, the ability of hyperspectral imaging (HSI) to quantify tissue oxygenation intraoperatively was assessed. Methods: 115 patients undergoing colorectal resections were included in the final analysis. Before anastomotic formation, the bowel was extracted and the resection line was outlined and imaged using a compact HSI camera, in order to provide instantaneously quantitative perfusion assessment. Results: In 105 patients, a clear demarcation line was visible with HSI one minute after marginal artery transection, reaching a plateau after 3 min. In 58 (55.2%) patients, the clinically determined transection line matched with HSI. In 23 (21.9%) patients, the clinically established resection margin was entirely within the less perfused area. In 24 patients (22.8%), the HSI transection line had an irregular course and crossed the clinically established resection line. In four cases, HSI disclosed a clinically undetected lesion of the marginal artery. Conclusions: Intraoperative HSI is safe, well reproducible, and does not disrupt the surgical workflow. It also quantifies bowel surface perfusion. HSI might become an intraoperative guidance tool, potentially preventing postoperative complications.

Innovations and new advancements in intraoperative real-time imaging have gained significant importance in the field of gastric cancer surgery in the recent past. Currently, the most promising procedures include indocyanine green fluorescence imaging (ICG-FI) and hyperspectral imaging or multispectral imaging (HSI, MSI). ICG-FI is utilized in a broad range of clinical applications, e.g., assessment of perfusion or lymphatic drainage, and additional implementations are currently investigated. HSI is still in the experimental phase and its value and clinical relevance require further evaluation, but initial studies have shown a successful application in perfusion assessment, and prospects concerning non-invasive tissue and tumor classification are promising. The application of machine learning and artificial intelligence technologies might enable an automatic evaluation of the acquired image data in the future. Both methods facilitate the accurate visualization of tissue characteristics that are initially indistinguishable for the human eye. By aiding surgeons in optimizing the surgical procedure, image-guided surgery can contribute to the oncologic safety and reduction of complications in gastric cancer surgery and recent advances hold promise for the application of HSI in intraoperative tissue diagnostics.