Wie winzige Bläschen helfen, die Auflösungsgrenze des Ultraschalls zu überwinden, zeigen 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. Dazu verwendeten sie klinisch eingesetzte Ultraschallkontrastmittel, die aus Mikrobläschen bestehen. Diese nur etwa 1 µm 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 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. 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.
Innovationspreis für die Forscherinnen
Für ihre Arbeiten zur hochauflösenden Darstellung der Blutgefäße von Tumoren erhalten die Forscherinnen den mit 10 000 Euro dotierten Innovationspreis der gemeinnützigen Stiftung Familie Klee. Der Preis wird an eine Person oder eine Arbeitsgruppe für eine hervorragende wissenschaftliche Leistung verliehen, die es durch neuartige Kombination medizinischer und technischer Kenntnisse ermöglicht, Krankheiten zu heilen, ihre Therapie zu verbessern oder die Auswirkungen der Krankheit zu mildern. Das Preisgeld setzen die Forscherinnen für ein Symposium zum Thema „Superresolution and Artificial Intelligence in Ultrasound Imaging“ mit Nachwuchswissenschaftlern ein.
www.nature.com/articles/s41467–018–03973–8
