Gewebecharakterisierung auf Basis der elektrischen Impedanz zur Tumordifferenzierung in der Harnblase

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Carina Veil

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Bei Blasenkrebs ist die Wiederkehrrate des Tumors nach operativer Entfernung sehr hoch, da während des endoskopischen Eingriffs die Entscheidungen auf der rein visuellen Einschätzung des Gewebes beruhen. Die vorliegende Arbeit adressiert die Gewebecharakterisierung auf Basis der elektrischen Eigenschaften am Beispiel des Blasenkrebs. Ziel ist die Differenzierung tumoröser und gesunder Gewebeareale über die Impedanz, die durch strukturelle Veränderungen in Tumorgewebe beeinflusst wird. Hierfür wird ein minimalinvasiver Impedanzsensor entworfen und validiert, der potenziell bei einer Blasenspiegelung durch die Harnröhre eingeführt werden kann und das Impedanzspektrum des Gewebes im kHz-Bereich abbildet. Die gemessene Impedanz ist stark von der mechanischen Verformung des Gewebes abhängig, da sie die Abstände der Zellmembranen und den Anteil ionenhaltiger Flüssigkeit im Gewebe beeinflusst. Zur Untersuchung dieser Effekte wird ein Modell hergeleitet, das die durch mechanische Belastungen induzierten Flüssigkeitsströme im Gewebe abbildet und die betrachteten Impedanzänderungen bei Verformung validiert. Die Klassifikation von der ex vivo aufgenommenen Messungen über einen Gaußprozessklassifikator erreicht eine Klassifikationsgenauigkeit von bis zu 96%. Die Klassifikation auf Basis eines einzigen Impedanzmesspunkts unter Zunahme einer gesunden Referenzmessung ist mit einer Genauigkeit von bis zu 85% möglich. Die in dieser Dissertation entwickelten Methoden zur elektrischen Gewebecharakterisierung in der Harnblase weisen großes Potenzial für eine in vivo Validierung auf, sowie für die Fusion mehrerer Sensoren verschiedener physikalischer Domänen als Schritt in Richtung multisensorische Gewebedifferenzierung in der Onkologie.