Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Software macht Arterien-Verengung deutlich

23.07.2007
Verkalkungen der Herzkranzgefäße sind eine Hauptursache für Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Je früher sie erkannt werden, desto besser die Heilungschance der Patienten. Bislang ist die Diagnose der Verkalkungen jedoch aufwändig und für den Patienten belastend.

Wissenschaftler des Fraunhofer IGD haben nun in Zusammenarbeit mit Ärzten des Universitätsklinikums Frankfurt ein neues Verfahren entwickelt, mit dem Arterien-Verkalkungen schneller und schonender diagnostiziert werden können.

Die von den Forschern entwickelte Software ermittelt die Verengungen automatisch aufgrund des CT-Bildes. Jetzt wurde das Verfahren mit dem "JDI Best Paper Award 2006, 2nd" der Society of Imaging Informatics in Medicine (SIIM) ausgezeichnet.

Kalkablagerungen in den Herzkranzgefäßen sind die Hauptursache für Herz-Kreislauf-Erkrankungen wie etwa Herzinfarkte. Dabei kommt es zu verschiedenen Veränderungen der Arterienwand, die zu einer Verengung der Arterie, einer sogenannten Stenose, führen. Eine rechtzeitige Diagnose solcher Verengungen kann Leben retten. Um Stenosen festzustellen, wird dem Patienten bislang in einer sogenannten Koronarangiographie ein Kontrastmittel über eine der Hauptschlagadern invasiv direkt ins Herz gespritzt. Dieses Kontrastmittel macht dann das Herz und die Arterien in der Röntgenaufnahme für den Arzt gut sichtbar. Für den Patienten bedeutet die Behandlung allerdings eine große Belastung.

Wesentlich schonender für den Patienten ist eine Aufnahme des Herzens mit einem Computertomographen (CT-Scanner), da hier das Kontrastmittel in die Armvenen gespritzt werden kann und es sich selbst im Körper verteilt. Durch die Verbesserung der Aufnahmetechniken und neu entwickelte CT-Scanner wurden hier in den letzten Jahren drastische Verbesserungen in der Aufnahmequalität erzielt, so dass sie heute bereits teilweise zum Einsatz kommen.

Einen Schritt weiter gehen die Forscher des Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung. Sie haben mit der Entwicklung des Cardio Analysis Tool nun eine Software geschaffen, die auf Basis der CT-Daten eine schnelle und automatische Diagnose von Stenosen ermöglicht.

Software berechnet Arterienverengungen automatisch

In einem ersten Schritt extrahiert ein speziell entwickelter Segmentierungsalgorithmus die Arterie aus dem Gesamtbild. Dazu markiert der Arzt lediglich Anfangs- und Endpunkt der Arterie im Bild sowie einen weiteren Punkt im Verlauf des Gefäßes. Daraufhin erfolgt die Segmentierung automatisch.

Im zweiten Schritt vermisst die Software die extrahierte Arterie, vergleicht deren lokalen Durchmesser mit der Umgebung und findet so Unregelmäßigkeiten im Verlauf. Als Analyse-Ergebnis erhält der Arzt ein dreidimensionales Bild der Arterie, in dem alle Verengungen und zusätzlich Verkalkungen markiert sind. "Durch die von uns entwickelte Software wird dem Arzt die manuelle Suche nach Veränderungen erspart. Stattdessen erhält er automatisch alle kritischen Stellen angezeigt und kann sich dann auf diese konzentrieren", beschreibt Stefan Wesarg, Leiter des Projekts am Fraunhofer IGD, die Vorteile des neuen Verfahrens. Kritisch ist dabei vor allem die Sensitivität der Diagnose. Das bedeutet, die Software muss wirklich alle Veränderungen aufdecken.

Klinische Tests zeigen: hohe Qualität bei doppelter Geschwindigkeit

Ob die Software bereits für den klinischen Alltag geeignet ist, sollten zwei klinische Tests zeigen, die in Zusammenarbeit mit der Universitätsklinik Frankfurt/Main durchgeführt wurden. Dabei haben die Wissenschaftler die Qualität des Systems im Vergleich zur herkömmlichen Koronarangiographie sowie im Vergleich zur manuellen Analyse der CT-Daten untersucht. "Die Tests haben bestätigt, dass die neuen Computertomographie-Geräte so hochwertige Bilder liefern, dass sie problemlos für die Diagnose von Stenosen eingesetzt werden können. Der Vergleich zwischen manueller und automatischer Analyse hat außerdem gezeigt, dass unsere Software Veränderungen ebenso gut aufdeckt, wie ein Arzt. Allerdings konnte die automatische Diagnose mehr als doppelt so schnell durchgeführt werden, wie die manuelle Untersuchung. Dabei kommt der Software zugute, dass sie absolut objektiv arbeitet, während bei der manuellen Diagnose die subjektive Wahrnehmung und die Erfahrung des Arztes eine ausschlaggebende Rolle spielen", beschreibt Wesarg die Testergebnisse. "Das bedeutet, die automatische Analyse von CT-Daten hat zwei wichtige Vorteile im Gegensatz zur herkömmlichen Koronarangiograpie. Erstens ist sie für den Patienten wesentlich schonender, da sie nicht-invasiv vorgenommen wird. Und zweitens bedeutet sie für den Arzt eine deutliche Zeit- und damit Kostenersparnis", fasst der Fraunhofer-Wissenschaftler zusammen. Die Ergebnisse dieser Studie wurden 2006 in der medizinischen Fachzeitschrift "European Radiology" veröffentlicht.

Auszeichnung von der Society of Imaging Informatics in Medicine (SIIM)

Diese grundlegende Verbesserung der Diagnosemöglichkeiten wird auch von der Society for Imaging Informatics in Medicine (SIIM) anerkannt. Sie zeichnete Stefan Wesarg und seine Mitstreiter M. Fawad Khan von der Uniklinik Frankfurt sowie Evelyn A. Firle vom Fraunhofer IGD für die dazu veröffentlichte Arbeit im Juni 2007 mit dem JDI Best Paper Award 2006, 2nd aus.

Aktuell sind die Wissenschaftler auf der Suche nach Industriepartnern, die die Software in ihre eigenen Systeme integrieren und so eine schonendere und schnellere Diagnose ermöglichen. Gleichzeitig arbeiten sie daran, zusätzliche Einsatzgebiete für die Software zu finden.

Weitere Informationen zum Cardio Analysis Tool erhalten Sie bei:
Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD
Abteilung Cognitive Computing & Medical Imaging
Stefan Wesarg
Telefon: 0 61 51/1 55-5 11
E-Mail: stefan.wesarg@igd.fraunhofer.de
Kurzprofil Fraunhofer IGD:
Das Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD betreibt angewandte Forschung im Bereich der graphischen Datenverarbeitung. Zu den Kernkompetenzen des Instituts gehören unter anderem Visualisierung und Simulation, Animation, Modellierung, Virtuelle und Erweiterte Realität, Sicherheitstechnologien sowie Ubiquitous Computing. Die Forschungsarbeiten konzentrieren sich auf drei Schwerpunkte: Den Erhalt von Semantik über den gesamten Modellierungsprozess hinweg, die Wechselwirkung von Graphik und Vision sowie die Bearbeitung bibliothekarischer Fragestellungen im Kontext dreidimensionaler Modelle. Das Anwendungsspektrum der innovativen Konzepte, Modelle und Praxislösungen reicht von Virtueller Produktentwicklung über Medizin und Verkehr bis zu Multimedialem Lernen und Training. Im Auftrag von Kunden entstehen Prototypen und Komplett-Systeme, die optimal auf deren spezifische Anforderungen abgestimmt sind. So entwickeln die dreizehn Abteilungen in Darmstadt, Rostock und Singapur neue Technologien, erstellen Studien und realisieren Anwendungen und Systeme (Hard- und Software), die sich durch hohe Benutzerakzeptanz, gute Bedienbarkeit und ergonomische Gestaltung auszeichnen. Die Forschungs- und Entwicklungsprojekte des Fraunhofer IGD haben direkten Bezug zu aktuellen Problemstellungen in Industrie und Wirtschaft. Zahlreiche Ausgründungen gewährleisten, dass Prototypen schnell in marktfähige Produkte umgesetzt werden.

Das Fraunhofer IGD kooperiert eng mit der Technischen Universität Darmstadt, der Technischen Universität Graz und der Universität Rostock. Das Centre for Advanced Media Technology (CAMTech) in Singapur, gegründet 1998, sichert die Präsenz auf den Zukunftsmärkten Asiens. Das Fraunhofer IGD beschäftigt in Darmstadt und Rostock rund 140 feste Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter, unterstützt durch etwa 140 wissenschaftliche Hilfskräfte. Der Etat betrug 2006 über 14 Millionen Euro.

Bernad Lukacin | idw
Weitere Informationen:
http://www.igd.fraunhofer.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht Ein stabiles magnetisches Bit aus drei Atomen
21.09.2017 | Sonderforschungsbereich 668

nachricht Drohnen sehen auch im Dunkeln
20.09.2017 | Universität Zürich

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zum Biomining ab Sonntag in Freiberg

22.09.2017 | Veranstaltungen

Die Erde und ihre Bestandteile im Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

DFG bewilligt drei neue Forschergruppen und eine neue Klinische Forschergruppe

22.09.2017 | Förderungen Preise

Lebendiges Gewebe aus dem Drucker

22.09.2017 | Biowissenschaften Chemie