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 Schlaganfalltherapie: Neues Stimulationsgerät synchronisiert Zeitpunkt der Reize mit aktuellen Hirnsignalen
23.10.2017 | Hertie-Institut für klinische Hirnforschung (HIH)

nachricht Smartphones im Kampf gegen die Blindheit
18.10.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizintechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Salmonellen als Medikament gegen Tumore

HZI-Forscher entwickeln Bakterienstamm, der in der Krebstherapie eingesetzt werden kann

Salmonellen sind gefährliche Krankheitserreger, die über verdorbene Lebensmittel in den Körper gelangen und schwere Infektionen verursachen können. Jedoch ist...

Im Focus: Salmonella as a tumour medication

HZI researchers developed a bacterial strain that can be used in cancer therapy

Salmonellae are dangerous pathogens that enter the body via contaminated food and can cause severe infections. But these bacteria are also known to target...

Im Focus: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Konferenz IT-Security Community Xchange (IT-SECX) am 10. November 2017

23.10.2017 | Veranstaltungen

Die Zukunft der Luftfracht

23.10.2017 | Veranstaltungen

Ehrung des Autors Herbert W. Franke mit dem Kurd-Laßwitz-Sonderpreis 2017

23.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Boost für Lipidforschung: Grazer Forscher erleichtern Lipidanalyse

24.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Bildung von Magma-Ozeanen auf Exoplaneten erforscht

24.10.2017 | Physik Astronomie

Magma sucht sich nach Flankenkollaps neue Wege

23.10.2017 | Geowissenschaften