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Wie winzige Bläschen helfen, die Auflösungsgrenze des Ultraschalls zu überwinden,
haben Forscherinnen aus Bochum und Aachen gezeigt.
Bochum (rub) - Für ihre Arbeiten zur hochauflösenden Darstellung der Blutgefäße von
Tumoren erhalten die Forscherinnen Dr. Stefanie Dencks vom Lehrstuhl Medizintechnik der Ruhr-Universität Bochum
und Dr. Tatjana Opacic vom Institut für Experimentelle Molekulare Bildgebung der Uniklinik der Rheinisch-Westfälischen
Technischen Hochschule (RWTH) Aachen den mit 10.000 Euro dotierten Innovationspreis der Stiftung Familie Klee.
Der Preis wurde am 28. Juni 2019 überreicht.
Die Arbeit der Preisträgerinnen macht es durch eine neue Art der Auswertung von kontrastmittelgestützten
Ultraschallbildern möglich, mit herkömmlichen Systemen Bilder der Blutgefäße in Tumoren jenseits
der Beugungsbegrenzung der Auflösung zu erzeugen. Damit lassen sich verschiedene Tumorarten besser unterscheiden
und man kann bereits früh feststellen, wie gut eine Chemotherapie anschlägt.
Mikrobläschen durch den Körper verfolgen
Die Forscherinnen verwenden klinisch eingesetzte Ultraschallkontrastmittel, die aus Mikrobläschen bestehen.
Diese nur etwa einen Mikrometer kleinen Gasbläschen wandern mit dem Blutstrom durch den Körper und erzeugen
bei einer Ultraschalluntersuchung ein so starkes Echosignal, dass schon einzelne Mikrobläschen im Ultraschallbild
als helle Reflexe sichtbar sind. Durch die Auflösungsgrenze der Ultraschallgeräte wird das Mikrobläschen
etwa hundertfach größer ausgedehnt dargestellt als es ist. "Wir können aber die Mittelpunkte
einzelner Bläschen mit einer hohen Genauigkeit bestimmen und damit auf die Position der Bläschen schließen,
wenn diese einzeln im Bild erkennbar sind", erläutert Stefanie Dencks.
Die Auflösungsgrenze des Ultraschalls überwinden
Eine besondere Herausforderung für die Bildverarbeitung ist es dabei, die Bewegung vieler Mikrobläschen,
die gleichzeitig durch die Tumorgefäße fließen, in den Videosequenzen richtig zu erkennen und
zuzuordnen. Das Ergebnis ist ein Bild, das die Gefäßstrukturen mit etwa zehnfach höherer Auflösung
darstellt als herkömmliche Systeme.
"Wir konnten zeigen, dass sich aus den hochauflösenden Bildern neue funktionelle und morphologische Parameter
bestimmen lassen, mit denen verschiedene Tumortypen sehr gut unterschieden werden konnten", so Tatjana Opacic.
In ihren Arbeiten testeten die Forscherinnen das Verfahren in drei Modellfällen auch erfolgreich am Menschen.
In Kooperation mit Prof. Dr. Elmar Stickeler, Direktor der Klinik für Gynäkologie und Geburtsmedizin
der Uniklinik RWTH Aachen, gelang es, bei Patientinnen mit Brustkrebs die Reaktionen der Tumorgefäße
auf Chemotherapien zu erfassen.
Das Preisgeld setzen die Forscherinnen für ein Symposium zum Thema "Superresolution and Artificial Intelligence
in Ultrasound Imaging" mit Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftlern ein.
Originalveröffentlichung
Tatjana Opacic, Stefanie Dencks et al.: Motion model ultrasound localization
microscopy for preclinical and clinical multiparametric tumor characterization, in: Nature Communications, 2018,
DOI: 10.1038/s41467-018-03973-8 <https://www.nature.com/articles/s41467-018-03973-8>
Innovationspreis
Die gemeinnützige Stiftung Familie Klee verleiht jährlich den Innovationspreis in Höhe von 10.000
Euro an eine Person oder eine Arbeitsgruppe für eine hervorragende wissenschaftliche Leistung, die "es
durch neuartige Kombination medizinischer und technischer Kenntnisse ermöglicht, Krankheiten zu heilen, ihre
Therapie zu verbessern oder die Auswirkungen der Krankheit zu mildern", so Stiftungsgründer Gerhard Klee.
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