In-vivo-Bewertung eines weichen optischen Sensors zur Blutungserkennung bei der Koloskopie

Warum die Überwachung versteckter Blutungen wichtig ist

Die Koloskopie hat sich als Routineuntersuchung etabliert, um frühe Anzeichen von kolorektalem Krebs und anderen Darmproblemen zu finden und zu entfernen. Doch das Werkzeug, das Leben rettet, kann in seltenen Fällen Blutungen oder kleine Risse in der Darmwand verursachen. Da die Kamera nur das direkt vor ihrer Spitze Sichtbare erfasst, können Blutungen, die knapp dahinter beginnen, bis zu einem späteren Zeitpunkt unbemerkt bleiben. Diese Studie untersucht einen weichen, lichtbasierten Sensor, der sich über ein Standardkoloskop schieben lässt und still die umgebenden Flüssigkeiten auf Blutspuren überwacht, mit dem Ziel, das Verfahren sicherer zu machen, ohne die Arbeitsgeschwindigkeit der Ärztinnen und Ärzte zu verlangsamen.

Eine sanfte Ergänzung für einen gängigen Eingriff

Die Forschenden entwickelten eine dünne, flexible Manschette, die sich um das Koloskop direkt hinter dessen Spitze legt. In diese Manschette sind winzige Lichtleiter eingelassen, die grünes und infrarotes Licht durch einen schmalen Kanal schicken, der kontinuierlich Flüssigkeit aus dem Darm entnimmt. Unter normalen Bedingungen passieren beide Lichtfarben den Kanal mit nur geringem Verlust. Sobald Blut in die Flüssigkeit gelangt, wird grünes Licht stark absorbiert, während infrarotes Licht deutlich weniger betroffen ist. Durch den Vergleich, wie stark jede Lichtfarbe abgeschwächt wird, kann das System unterscheiden, ob der Sensor Blut statt gewöhnlicher Verdauungsflüssigkeit oder kurzzeitiger mechanischer Störungen erfasst hat.

Prüfung des Sensors in lebendem Gewebe

Frühere Arbeiten hatten gezeigt, dass der Sensor künstliche Blutmischungen in Stücken von Rinderkolon außerhalb des Körpers erkennen kann. In der neuen Studie rückte das Team einen Schritt näher an die Praxis, indem es das Gerät in lebenden Schweinen testete, deren Därme denen des Menschen ähneln. Zwei erfahrene Endoskopiker führten wiederholt Koloskopien an zwei Schweinen durch. Jede Sitzung begann mit Standardkoloskopien ohne Gerät, gefolgt von Eingriffen mit aufgesetzter Manschette, aber ohne Blutung, und schließlich Eingriffen, bei denen absichtlich Blutungen im Darm erzeugt wurden. Die Ärztinnen und Ärzte führten das Rohr vom Rektum zu einer festgelegten Stelle im distalen Kolon, während der Sensor Flüssigkeit ansog und seine Elektronik die Lichtsignale in Echtzeit verfolgte.

Wie gut Blut erkannt wurde, ohne die Ärztinnen und Ärzte zu bremsen

In zehn Eingriffen, in denen Blut vorhanden war, erkannte der Sensor das Blut jedes Mal korrekt und erzielte damit eine Sensitivität von 100 %. Insgesamt lag die Genauigkeit bei 92 %, die Präzision bei 83 % und die Spezifität bei 87 %, was bedeutet, dass Fehlalarme vergleichsweise selten waren. Zwei falsch positive Befunde traten auf, als kleine Klumpen von Stuhl und Schleim in den Sensor gelangten und kurzzeitig die optische Wirkung von Blut nachahmten; die Autorinnen und Autoren schlagen vor, ein einfaches Filterelement am Flüssigkeitseinlass anzubringen, um dieses Problem zu verringern. Wichtiger für Patientinnen, Patienten und Klinikpersonal ist, dass die zusätzliche Manschette die Zeit zum Vorschieben des Koloskops zur Zielstelle nicht merklich veränderte. Die Navigationszeiten mit und ohne Gerät waren sehr ähnlich und statistische Tests zeigten keinen relevanten Unterschied.

Arbeitsbelastung, Sicherheit und Robustheit im Operationssaal

Über die Geschwindigkeit hinaus wollte das Team wissen, ob die zusätzliche Hardware den Eingriff für die Endoskopiker schwieriger oder riskanter erscheinen ließ. Mithilfe eines standardisierten Fragebogens, dem NASA TLX, bewerteten die Ärztinnen und Ärzte nach Durchgängen mit und ohne Sensor geistige Anstrengung, körperliche Anstrengung, Zeitdruck, Frustration und ihr Gefühlt der Leistung. Die Gesamtarbeitsbelastung lag nah beieinander, und ein Permutationstest zeigte keinen signifikanten Unterschied, was darauf hindeutet, dass das Gerät ohne Überlastung der Anwender integriert werden kann. Während mehrerer Stunden wiederholter Koloskopien wurden die Därme der Schweine auf unerwartete Risse oder Blutungen untersucht, und keine wurden mit dem Sensor in Verbindung gebracht. Die Manschette, ihre Lichtleiter und die angeschlossene Schläuche blieben während der Versuche an Ort und funktionstüchtig, trotz gelegentlicher Verstopfungen durch Schleim, die sich leicht durch Spülen beseitigen ließen.

Von Tierversuchen zu sichereren Untersuchungen beim Menschen

In der Zusammenfassung zeigen die Ergebnisse, dass eine weiche, lichtbasierte Manschette an ein Standardkoloskop angebracht werden kann, um Blut zu erkennen, das gerade außerhalb des Sichtfeldes der Kamera liegt, ohne die Navigation zu verlangsamen oder die Arbeitsbelastung der Ärztinnen und Ärzte im Tiermodell spürbar zu erhöhen. Die Autorinnen und Autoren sehen dies als wichtigen Schritt in Richtung klinischer Studien am Menschen, weisen jedoch darauf hin, dass größere Studien, zusätzliche Filter zur Reduzierung von Fehlalarmen und die Verfeinerung mit medizinisch zugelassenen Materialien weiterhin erforderlich sind. Gelingen diese nächsten Schritte, könnten künftige Koloskopien stillschweigend ein zusätzliches „Auge“ in Form eines unsichtbaren, Echtzeit-Blutdetektors erhalten, das Ärzten hilft, Komplikationen früher zu erkennen und den weit verbreiteten Krebs-Screening-Test noch sicherer zu machen.

Zitation: Gerald, A., Palkawong-Na-Ayuddhaya, K., Bono, V.D. et al. In vivo evaluation of a soft optical sensor for bleeding detection in colonoscopy. Sci Rep 16, 13671 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43768-2

Schlüsselwörter: Koloskopie, Blutungserkennung, optischer Sensor, mikrofluidisches Gerät, Screening auf kolorektales Karzinom