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Hyperspectral Imaging (HSI) of Human Kidney Allografts

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Authors and Corporations: Wagner, Tristan Cedric
Title: Hyperspectral Imaging (HSI) of Human Kidney Allografts
Dissertation Note: Dissertation, Universität Leipzig, 2021
Type of Resource: E-Book Thesis
Language: German
published:
Online-Ausg.. 2022
Subjects:
Source: Qucosa
Description
Summary: Zusammenfassung der Arbeit /Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades Dr. med. Hyperspectral Imaging (HSI) of Human Kidney Allografts Die HSI Bildgebung ist ein nichtinvasives Instrument zur quantitativen Bewertung der Sauerstoffanreicherung parenchymatöser Organe, der Mikroperfusion von Transplantaten sowie zur Messung der Hämoglobin- und Wasserkonzentration von Organen. Aktuell wird die HSI Bildgebung bereits in der neuronalen Funktionsdiagnostik zur detaillierten Gewebedifferenzierung genutzt18 und dient zur Überprüfung der Perfusion komplexer Anastomosen im Bereich der Ösophagus- und der Leberchirurgie31,32. Die ersten Ergebnisse zur Tumordetektion konnten ebenfalls erfolgversprechend publiziert werden20. Ziel unserer Studie war es das Potenzial dieser neuartigen Bildgebungstechnik im Rahmen der Transplantationsmedizin vorzustellen und zu beschreiben. Es sollte gezeigt werden, ob die HSI Analyse für die intraoperative Qualitäts- und Lebensfähigkeitsbewertung bei Nierentransplantationen verwendet werden kann. Generell hat sich die Komplikationsrate nach erfolgter Nierentransplantation in den letzten Jahrzehnten von bis zu 30% auf weniger als 6% verringert6. Die Einschätzung der Organqualität während der Organentnahme oder Implantation, die potentiellen Funktionalität einer Transplantatniere im Rahmen einer postmortal oder auch lebend gespendeten Niere ist jedoch fortwährend schwer33. Im Rahmen der aktuellen Studie, wurden zur Erläuterung der beschriebenen Zielsetzung 17 postmortale Nierentransplantationen mit der hyperspektralen Kamera 15 und 45 Minuten nach Reperfusion fotografiert. Hierbei wurden mithilfe der HSI- Kamera die Gewebeoxygenierung (StO2), die Perfusion (NIR-Perfusionsindex), der OHI (Organ Hämoglobin Index) und der TWI (Tissue-Water-Index, Gehalt des Wassers des Gewebes) erfasst19,31. Revisionseingriffe, wie die Ureterneuimplantation und eine Thrombektomie wurden ebenfalls begleitet und analysiert. Zwei Patienten (11,8%) entwickelten eine Delayed Graft Function (DGF). Als Ergebnis zeigte sich, dass die optisch ermittelte Oxygenierung und Mikroperfusion bei Patienten mit einer DGF in unserer Studie signifikant verringert war. Gleiches galt für den NIR Perfusionsindex. Bei einer postoperativen Ureternekrose wurde ein deutliches NIR-Perfusionsdefizite des nekrotischen Teils dargestellt. Die Bestätigung erfolgte durch die Histopathologie. Wir konnten zeigen, dass eine genaue, quantifizierbare Aussage über die Mikroperfusion im arteriellen sowie venösen Stromgebiet möglich ist. Eine sichere und nicht invasive Untersuchungsmethode ist somit während einer Nierentransplantation integrierbar ohne den Ablauf der Operation zu beeinflussen. Die hyperspektrale Bildgebung ermöglicht somit intraoperativ die Organfunktion während der Transplantation zu bewerten und eine verzögerte Transplantatfunktion vorherzusagen. Als Kritikpunkt an der neuen Methode könnte angeführt werden, dass die Technik der HSI Visualisierung eine direkte Sicht auf die Niere erfordert. Grund dafür ist, dass die derzeitige maximale Eindringtiefe für Mikrozirkulationsmessungen 4 bis 6 Millimeter beträgt. Die intraoperative Sonographie ist aktuell das Einzige vergleichbare, bildgebende, zugelassene und nicht invasive Verfahren zur Bewertung der Organe. Mit der Ultraschalldiagnostik ist die Makroperfusion darstellbar und Vasospasmen sowie Perfusionsdefizite können frühzeitige detektiert werden34. Auf die Mikrozirkulation und die Oxygenierung und mögliche noch chirurgisch behandelbare Perfusionsdefizite, kann jedoch nur bedingt eingegangen werden35. Grundsätzlich hat die Bedeutung der Ultraschalldiagnostik im prä- und postoperativen Verlauf bei Patienten nach Nierentransplantation einen hohen Stellwert. Nichtsdestotrotz könnte die Kombination von Sonographie und HSI die genaue Beschreibung von Mikro- und Makroperfusion optimieren und das Erfassen und Beschreiben der Organqualität verbessern. Grundsätzlich stünde als weitere Alternative zu Bewertung des Organs die Indocyaningrün-Angiographie zur Verfügung. Hier besticht die hyperspektrale Bildgebung jedoch, da keine intravenöse Gabe von Floreszenzen wie Indocyaningrün (ICG) benötigt wird. So sind Wechselwirkungen und allergische Reaktionen ausgeschlossen28. Zusammenfassend wäre die mögliche Weiterentwicklung der Bildgebung in ein video- gestütztes operatives Tool zur Überwachung der Reperfusion und Fertigung diverser Anastomosen ein Meilenstein in der operativen Bildgebung und könnte wegweisenden Erkenntnisse der vaskulären Versorgung generieren. Nach unseren erfolgversprechenden Ergebnissen könnte es bald möglich sein, die Maschinenperfusion, die eine Verbesserung der Graft-Funktion und auch Verbesserung des Gesamtüberlebens bei Nieren- und Lebertransplantation zeigt5,36, mit hyperspektraler Bildgebung zu observieren und noch feiner zu justieren. Die Erkenntnis der HSI Bildgebung ist in Zeiten der Organknappheit7,11 essentiell und unseren Erachtens nur vorteilhaft zu beschreiben.