Bläschen im Ultraschall eröffnen den Blick auf winzige Gefässe
Auf Knopfdruck verbessert sich die Auflösung von Ultraschallbildern um das Fünffache. Möglich machen das im Blutstrom flitzende Bläschen und ein ausgefuchster Algorithmus.
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Geübte Augen von Ärzten können im grau-weissen Geriesel eines Ultraschallbilds mehr erkennen als Laien. Kleinste Gefässstrukturen allerdings nicht – bislang. Das Team vom Lehrstuhl Medizintechnik der Ruhr-Universität Bochum um Prof. Dr. Georg Schmitz perfektioniert die Ultraschall-Lokalisations-Mikroskopie, kurz ULM. Dank eines handelsüblichen Kontrastmittels mit Mikrobläschen und verschiedenen Rechenschritten ermöglicht sie es inzwischen, zum Beispiel die Gefässstruktur einer Mausniere im kleinsten Detail abzubilden, oder auch die Gefässstruktur von Tumoren.
Ultraschall-Lokalisations-Mikroskopie (ULM)
Schmitz und sein Team arbeiten seit über zehn Jahren an dieser Technik. 2011 kam ihnen die zündende Idee, für die hochauflösende Darstellung von Gefässen im Ultraschall ein Kontrastmittel einzusetzen, das aus Mikrobläschen besteht. Sie verteilen sich mit dem Blutstrom bis in die kleinsten Gefässe hinein, und sie reflektieren Ultraschallwellen so gut, dass sie im Bild weiss aufleuchten. «Das Kontrastmittel hält sich nur etwa zehn Minuten lang im Körper, dann werden die Bläschen abgebaut, und das Gas wird über die Lunge abgeatmet», erklärt Georg Schmitz. Die Aufnahme der Bilder dauert nur 30 bis 90 Sekunden.
Die Mitte jedes Bläschens markieren
Um die Auflösung des Ultraschallbildes so beeindruckend zu vergrössern, sind mehrere Zwischenschritte notwendig.
- Die Eigenbewegung des Patienten muss herausgerechnet werden.
- Im nächsten Schritt rechnet der von den Forschern entwickelte Algorithmus den Bildhintergrund aus den Aufnahmen heraus, sodass nur die Bläschen dargestellt werden.
- Danach wird die Mitte jedes einzelnen Bläschens markiert.
- Und schliesslich folgt die herausfordernde Berechnung, welches Bläschen welchen Weg zurückgelegt hat.
«Unser Algorithmus betrachtet dafür immer eine Gruppe benachbarter Bilder und entscheidet nach der grössten Wahrscheinlichkeit, welchen Weg ein Bläschen zurückgelegt hat», erklärt Georg Schmitz.
Was schliesslich nach wenigen Minuten bei der gesamten Berechnung herauskommt, ist ein Bild des Systems kleiner Gefässe, durch die sich die Bläschen hindurchbewegt haben. Man kann daraus sogar ablesen, in welche Richtung und mit welcher Geschwindigkeit die Bläschen hindurchgeströmt sind.
Therapieerfolg messen oder vorhersagen
«Die Richtung der Bewegung und die Gestalt der durchströmten kleinen Gefässe sind Informationen, die Ärzte ganz genau wissen wollen», weiss Georg Schmitz aus der Zusammenarbeit mit klinischen Partnern in mehreren Projekten. «Denn daraus können sie Schlüsse ziehen, welche Charakteristika beispielsweise ein Tumor hat: Von wo aus wird er versorgt? Wie sehen die versorgenden Blutgefässe aus?» Solche Informationen können Aufschluss darüber geben, wie aggressiv die Erkrankung ist und möglicherweise auch, welche Therapie funktionieren wird oder auch nicht. Wertvoll ist die Betrachtung der kleinsten Gefässe auch, um die Wirkung einer Chemotherapie zu überwachen. Die Ultraschall-Lokalisations-Mikroskopie ist zurzeit die einzige klinische bildgebende Methode, die solche feinen Blutgefässe in der Tiefe einiger Zentimeter sichtbar machen kann.PS
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