Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Medizinische Physik

01.03.2001


Das Herz in vier Dimensionen

Nur 30 bis 40 Sekunden Untersuchungszeit sind mit modernen

Computertomographie-Geräten nötig, um eine qualitativ hochwertige, dreidimensionale Abbildung von Herz und Herzkranzgefäßen aufzubauen. Da das Herz in allen Bewegungsphasen dargestellt wird, kommt zu den drei Raumrichtungen sogar noch eine vierte Dimension hinzu: die Zeit. Das Institut für Medizinische Physik an der Universität Erlangen-Nürnberg hat mit der 4D-Bildgebung einen Weg für frühzeitige Untersuchungen am Herzen eröffnet, der geeignet ist, die bisher übliche, für Patienten sehr belastende invasive Koronarangiographie zu ersetzen. Die Arbeitsgruppe unter der Leitung von Prof. Dr. Willi Kalender konzentriert sich unter anderem darauf, die Strahlendosis beim Einsatz der Computertomographie zu reduzieren.

Die theoretischen Grundlagen für die vierdimensionale Darstellung des Herzens, die durch den Pulsschlag kaum noch verzerrt wird und deshalb Abbildungen in zuvor ungekannter Qualität liefert, hatte das Institut für Medizinische Physik als weltweit erste Arbeitsgruppe bereits 1996 gelegt. Es wurden Rekonstruktionsalgorithmen entwickelt, Berechnungsmethoden, welche die Schichtbilder, die während der Drehung des Messapparats um den Körper entstehen, zu einer möglichst exakten räumlichen Abbildung zusammensetzen und überflüssige Daten ausblenden. Erste Patientenstudien fanden in Zusammenarbeit mit der Klinik für Innere Medizin II (Direktor: Prof. Dr. Werner G. Daniel) und dem Institut für Diagnostische Radiologie (Direktor: Prof. Dr. Werner Bautz) der Universität Erlangen-Nürnberg statt. Die American Association of Physicists in Medicine zeichnete die Veröffentlichung der Erfahrungen und Ergebnisse mit dem "Greenfield Award" für den besten Artikel in der weltweit führenden Fachzeitschrift "Medical Physics" im Jahr 1998 aus.


Todfeind Nr 1: Die Koronare Herzkrankheit

Durchblutungsstörungen bei eingeengten oder verschlossenen Herzkranzgefäßen führen dazu, dass es dem Herzmuskel an Energiezufuhr und an Sauerstoff mangelt. Die medizinische Diagnostik ist darum bemüht, die koronare Herzkrankheit - in den westlichen Industrieländern noch immer Todesursache Nr. 1 - im Anfangsstadium zu erkennen oder bereits entstandene Schäden und Risikobereiche genau abzugrenzen, um sie gezielt behandeln zu können. Eine Röntgenkontrastdarstellung der Koronararterien gilt derzeit als Standard für solche Untersuchungen. Sie ermöglicht den Blick ins Innere der Gefäße; Verengungen werden damit sichtbar.

Diese invasive Methode macht allerdings eine Anästhesie erforderlich. Ein Katheter muss eingeführt werden, der Kontrastmittel in relativ hoher Dosis bis in die Arterien bringt, und auch die Strahlendosis, die zur Durchleuchtung nötig ist, ist vergleichsweise groß. Eine nicht-invasive Alternative, die den Patienten derartige Unannehmlichkeiten und Risiken erspart, steht im Prinzip mit der sogenannten Elektronenstrahltomographie seit zehn Jahren zur Verfügung. Diese Geräte sind allerdings teuer und auf den Einsatz am Organ Herz beschränkt, so dass sie sich nicht durchsetzen konnten.
Konventionelle Computertomographen sind dagegen wesentlich vielseitiger und wurden ständig weiterentwickelt. Vor allem konnte die Rotationszeit stark gesenkt werden, und Mehrzeilendetektoren ermöglichen es, mehrere Schichten gleichzeitig zu erfassen. Das 4D-Bildungsverfahren des Erlanger Instituts für Medizinische Physik wurde noch an einem CT-Scanner mit 0,75 Sekunden Rotationszeit und Einzeilendetektor entworfen; mittlerweile wurde es in Kooperation mit Siemens Medical Systems auf aktuelle Systeme erweitert, die Rotationszeiten von 0,5 Sekunden bei gleichzeitiger Erfassung von vier Schichten aufweisen. Für die kardiale Bildgebung mit Computertomographie bedeutete dies einen Quantensprung. Vierdimensionale Darstellungen des Herzens sind nun mit den weit verbreiteten CT-Scannern möglich geworden, die durchaus das Potential besitzen, die invasiven Angiographien abzulösen.


Bis zur Hälfte der Strahlendosis kann eingespart werden

Die umfassenden diagnostischen Möglichkeiten und der unbestrittene Nutzen der Computertomographie haben dazu geführt, dass die Zahl der CT-Geräte und der CT-Untersuchungen in den letzten Jahren kontinuierlich gestiegen ist. Ein Nachteil dieser Art der Röntgendiagnostik ist jedoch, dass die Patienten, bedingt durch das Aufnahmeverfahren, einer vergleichsweise hohen Strahlendosis ausgesetzt sind. Obwohl in Deutschland nur etwa jede zwanzigste Untersuchung mit Röntgenstrahlen eine CT ist, macht ihr Anteil an der medizinischen Exposition der Bevölkerung fast 40 Prozent aus, und der Einsatz solcher Geräte wird mit Sicherheit noch steigen. Die Strahlendosis in der Computertomographie zu verringern, ist also eine wichtige Aufgabe.

Technische Maßnahmen zur Dosisreduktion könnten - neben gesetzlichen Vorgaben, wie der Einführung von Referenzdosiswerten für CT-Untersuchungen - die Strahlenbelastung niedriger halten. Ihr Ziel ist es, eine diagnostisch minimal notwendige Zahl von Röntgenquanten einzusetzen und das Signal optimal auszunutzen, die Strahlung also abzuschwächen, ohne die Bildqualität zu beeinträchtigen. Dafür bietet sich eine Vielzahl von Möglichkeiten an.

Potentiell dosisreduzierende Maßnahmen werden am Erlanger Institut für Medizinische Physik zunächst am Rechner simuliert, im erfolgversprechenden Fall dann am CT-Gerät implementiert und im Einsatz überprüft. Ein Beispiel für signifikante Dosisreduktion ohne negativen Einfluss auf die Bildqualität bietet die anatomieabhängige Röhrenstrommodulation, die ebenfalls in Kooperation mit Siemens Medical Systems durchgeführt wurde. Wie stark die Strahlung im Körper des Patienten geschwächt wird - wie groß also der Rauschbeitrag zum Bild ist - ist davon abhängig, ob die Strahlen seitlich oder von vorn nach hinten einfallen. Diese Unterschiede machen es möglich, den Röhrenstrom während einer Rotation je nach Lage zu regeln und anzupassen. Bis zu 50 Prozent der Dosis können auf diese Weise eingespart werden - für die Patienten eine erhebliche Begrenzung des Risikos.

Kontakt:
Prof. Dr. Willi A. Kalender PhD, Dr. Theobald Fuchs
Institut für Medizinische Physik
Krankenhausstraße 12, 91054 Erlangen
Tel.: 09131/85 -22310, Fax: 09131/85 -22824
E-Mail: willi.kalender@imp.uni-erlangen.de, theo@imp.uni-erlangen.de

Weitere Informationen finden Sie im WWW:

Heidi Kurth | idw

Weitere Berichte zu: Computertomographie Physik Rotationszeit

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizin Gesundheit:

nachricht Neue Therapieansätze bei RET-Fusion - Zwei neue Inhibitoren gegen Treibermutation
26.06.2017 | Uniklinik Köln

nachricht Bei Notfällen wie Herzinfarkt und Schlaganfall immer den Notruf 112 wählen: Jede Minute zählt!
22.06.2017 | Deutsche Herzstiftung e.V./Deutsche Stiftung für Herzforschung

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizin Gesundheit >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Vorbild Delfinhaut: Elastisches Material vermindert Reibungswiderstand bei Schiffen

Für eine elegante und ökonomische Fortbewegung im Wasser geben Delfine den Wissenschaftlern ein exzellentes Vorbild. Die flinken Säuger erzielen erstaunliche Schwimmleistungen, deren Ursachen einerseits in der Körperform und andererseits in den elastischen Eigenschaften ihrer Haut zu finden sind. Letzteres Phänomen ist bereits seit Mitte des vorigen Jahrhunderts bekannt, konnte aber bislang nicht erfolgreich auf technische Anwendungen übertragen werden. Experten des Fraunhofer IFAM und der HSVA GmbH haben nun gemeinsam mit zwei weiteren Forschungspartnern eine Oberflächenbeschichtung entwickelt, die ähnlich wie die Delfinhaut den Strömungswiderstand im Wasser messbar verringert.

Delfine haben eine glatte Haut mit einer darunter liegenden dicken, nachgiebigen Speckschicht. Diese speziellen Hauteigenschaften führen zu einer signifikanten...

Im Focus: Kaltes Wasser: Und es bewegt sich doch!

Bei minus 150 Grad Celsius flüssiges Wasser beobachten, das beherrschen Chemiker der Universität Innsbruck. Nun haben sie gemeinsam mit Forschern in Schweden und Deutschland experimentell nachgewiesen, dass zwei unterschiedliche Formen von Wasser existieren, die sich in Struktur und Dichte stark unterscheiden.

Die Wissenschaft sucht seit langem nach dem Grund, warum ausgerechnet Wasser das Molekül des Lebens ist. Mit ausgefeilten Techniken gelingt es Forschern am...

Im Focus: Hyperspektrale Bildgebung zur 100%-Inspektion von Oberflächen und Schichten

„Mehr sehen, als das Auge erlaubt“, das ist ein Anspruch, dem die Hyperspektrale Bildgebung (HSI) gerecht wird. Die neue Kameratechnologie ermöglicht, Licht nicht nur ortsaufgelöst, sondern simultan auch spektral aufgelöst aufzuzeichnen. Das bedeutet, dass zur Informationsgewinnung nicht nur herkömmlich drei spektrale Bänder (RGB), sondern bis zu eintausend genutzt werden.

Das Fraunhofer IWS Dresden entwickelt eine integrierte HSI-Lösung, die das Potenzial der HSI-Technologie in zuverlässige Hard- und Software überführt und für...

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Internationale Fachkonferenz IEEE ICDCM - Lokale Gleichstromnetze bereichern die Energieversorgung

27.06.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zu aktuellen Fragen der Stammzellforschung

27.06.2017 | Veranstaltungen

Fraunhofer FKIE ist Gastgeber für internationale Experten Digitaler Mensch-Modelle

27.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Mainzer Physiker gewinnen neue Erkenntnisse über Nanosysteme mit kugelförmigen Einschränkungen

27.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wave Trophy 2017: Doppelsieg für die beiden Teams von Phoenix Contact

27.06.2017 | Unternehmensmeldung

Warnsystem KATWARN startet international vernetzten Betrieb

27.06.2017 | Informationstechnologie