Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Schnellere Bilder für die Brustkrebsdiagnose

03.08.2011
Zehn Prozent der Frauen in der westlichen Welt erkranken an Brustkrebs, etwa 30 Prozent von ihnen sterben an Metastasen.

Die 3-D-Ultraschall-Computertomographie stellt mit hochauflösenden und reproduzierbaren Bildern ein vielversprechendes Verfahren zur frühzeitigen Diagnose dar. Damit daraus ein Standardverfahren wird, muss die Bildverarbeitung jedoch noch deutlich schneller werden: Mit diesem Ziel forschen KIT-Wissenschaftler an beschleunigten Algorithmen und leistungsfähigen Hardware-Architekturen.


Optimierte Halterung für die Ultraschall-Sensoren – die dann ein dreidimensionales Bild der Brust ermöglichen. Foto: Markus Breig


Patientinnen-Liege für die 3-D-Ultraschall- Computertomographie. Foto: IPE

Bei der Diagnose ist ein Tumor in der Brust durchschnittlich einen Zentimeter groß. Die Wahrscheinlichkeit, dass er zu diesem Zeitpunkt bereits Metastasen gebildet hat, liegt bei 30 Prozent.

Am Institut für Prozessdatenverarbeitung und Elektronik (IPE) haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler den weltweit ersten 3-D-Ultraschall-Computertomographen aufgebaut, der es erlaubt hochaufgelöste Bilder der Brust aufzunehmen. „Das Gerät hat das Potenzial, auch deutlich kleinere Tumoren zu entdecken“, sagt Dr. Nicole Ruiter vom IPE. „Wir hoffen, bei der mittleren Tumorgröße zum Diagnosezeitpunkt auf fünf Millimeter zu kommen. Die Wahrscheinlichkeit, dass sich Metastasen gebildet haben, liegt dann nur noch bei fünf Prozent.“

Mit mehr als 1000 Sensoren, welche die Brust umgeben, nimmt der Ultraschall-Computertomograph die Daten auf. Für eine dreidimensionale Darstellung in höchster Auflösung benötigt das Verfahren derzeit allerdings noch mehrere Wochen Rechenzeit. Mit sinnvollen Einschränkungen – wie beispielsweise Aufnahmen einzelner Schichten – geht das zwar schneller, dennoch ist für die optimale Nutzung in der klinischen Praxis eine deutliche Beschleunigung der Bildrekonstruktion erforderlich.

Neben der Entwicklung entsprechender Algorithmen für die Bildrekonstruktion geht es dabei um die Bereitstellung einer leistungsfähigen Hardware. „Sie muss nicht nur eine hohe Rechenleistung bieten, sondern gleichzeitig auch flexibel und bezahlbar sein“, sagt Dr. Michael Hübner vom Instituts für Technik der Informationsverarbeitung (ITIV). Die Wissenschaftler arbeiten deshalb an einer Verknüpfung verschiedener leistungsstarker Rechnerarchitekturen. Unter anderem wollen sie die ohnehin im Ultraschall-Computertomographen zur Datenaufnahme vorhandenen programmierbaren Hardware-Einheiten (Field Programmable Gate Arrays, FPGAs) auch als Rechner nutzen. Die Fachgruppe von Matthias Balzer (IPE) hat diese Hardware speziell für große Datenmengen und hohe Rechenleistungen entwickelt und optimiert. „Mit den 80 parallelen FPGAs erhalten wir einen enormen Geschwindigkeitsvorteil. Und über dynamische Rekonfiguration –indem wir die vorhandene Chip-Fläche für mehrere Berechnungen wiederverwenden – bringen wir virtuell mehrere Prozessoren auf den Chip“, so Hübner. „So verbraucht das System weniger Energie, das reduziert die späteren Betriebskosten.“

Mit den Rohdaten aus dem Ultraschall-Computertomographen testen sie beispielsweise Algorithmen zur Bildrekonstruktion auf traditionellen Mikroprozessoren, den FPGAs oder Grafikprozessoren wie sie in handelsüblichen PCs eingesetzt werden. Dabei will das Team möglichst flexibel bleiben – nur dann lassen sich auch Neuentwicklungen in der Algorithmik schnell umsetzen. Dieses Feld untersuchen derzeit Matthias Birk (IPE) und Peter Figuli (ITIV) in ihren Promotionsarbeiten. Ziel ist es zunächst, eine Beschleunigung des Verfahrens um den Faktor 100 zu erreichen. Langfristig geht es ihnen jedoch um eine Datenverarbeitung in Echtzeit: Denn dann könnte das Verfahren neben der Diagnose auch die therapeutische Anwendung – Ultraschall, mit viel Energie fokussiert, kann Gewebe verbrennen – und somit eine Alternative zur Operation darstellen.

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft fördert das gemeinsame Projekt des Instituts für Prozessdatenverarbeitung und Elektronik (IPE) unter der Leitung von Professor Marc Weber und des Instituts für Technik der Informationsverarbeitung (ITIV) unter der Leitung von Professor Jürgen Becker für zwei Jahre.

Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist eine Körperschaft des öffentlichen Rechts nach den Gesetzen des Landes Baden-Württemberg. Es nimmt sowohl die Mission einer Universität als auch die Mission eines nationalen Forschungszentrums in der Helmholtz-Gemeinschaft wahr. Das KIT verfolgt seine Aufgaben im Wissensdreieck Forschung – Lehre – Innovation.

Monika Landgraf | idw
Weitere Informationen:
http://www.kit.edu

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizintechnik:

nachricht Herzforschung - Neue Katheterklappe in Tübingen entwickelt
16.01.2017 | Universitätsklinikum Tübingen

nachricht Fernüberwachung bei Herzschwäche kann Klinikaufenthalt ersparen
09.01.2017 | Universitäts-Herzzentrum Freiburg - Bad Krozingen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizintechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Im Focus: Traffic jam in empty space

New success for Konstanz physicists in studying the quantum vacuum

An important step towards a completely new experimental access to quantum physics has been made at University of Konstanz. The team of scientists headed by...

Im Focus: Textiler Hochwasserschutz erhöht Sicherheit

Wissenschaftler der TU Chemnitz präsentieren im Februar und März 2017 ein neues temporäres System zum Schutz gegen Hochwasser auf Baumessen in Chemnitz und Dresden

Auch die jüngsten Hochwasserereignisse zeigen, dass vielerorts das natürliche Rückhaltepotential von Uferbereichen schnell erschöpft ist und angrenzende...

Im Focus: Wie Darmbakterien krank machen

HZI-Forscher entschlüsseln Infektionsmechanismen von Yersinien und Immunantworten des Wirts

Yersinien verursachen schwere Darminfektionen. Um ihre Infektionsmechanismen besser zu verstehen, werden Studien mit dem Modellorganismus Yersinia...

Im Focus: How gut bacteria can make us ill

HZI researchers decipher infection mechanisms of Yersinia and immune responses of the host

Yersiniae cause severe intestinal infections. Studies using Yersinia pseudotuberculosis as a model organism aim to elucidate the infection mechanisms of these...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

Künftige Rohstoffexperten aus aller Welt in Freiberg zur Winterschule

18.01.2017 | Veranstaltungen

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Flashmob der Moleküle

19.01.2017 | Physik Astronomie

Tollwutviren zeigen Verschaltungen im gläsernen Gehirn

19.01.2017 | Medizin Gesundheit

Fraunhofer-Institute entwickeln zerstörungsfreie Qualitätsprüfung für Hybridgussbauteile

19.01.2017 | Verfahrenstechnologie