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Licht spürt Arthritis auf

03.11.2015

Gelenkentzündungen kommen häufig vor und können verschiedene Ursachen haben. Viele Formen, wie die rheumatoide Arthritis, sind nicht heilbar. Doch je früher man die Krankheit erkennt, desto besser lässt sie sich mit Medikamenten behandeln. Deshalb entwickeln Fachleute derzeit in dem EU-Projekt IACOBUS unter der Leitung des Fraunhofer-Instituts für Biomedizinische Technik IBMT einen Fingerscanner, mit dem sich Arthritis-Erkrankungen künftig sehr früh diagnostizieren lassen. Vom 16. bis 19. November präsentieren sie auf der Messe MEDICA in Düsseldorf einen Prototyp (Halle 10, Stand G05).

Die Gelenke des Menschen sind Hightech-Apparate. Sie sind dank einer Knorpelschicht perfekt gelagert und besitzen mit der Gelenkinnenhaut eine Hülle, die permanent einen eigenen Schmierstoff produziert. Bei Menschen aber, die an einer chronischen Arthritis leiden, funktioniert dieser Prozess nicht. Insbesondere bei der rheumatoiden Ausprägung, der häufigsten Form einer chronischen Arthritis, kommt es zu einer Entzündung der Gelenkinnenhaut. Im Laufe der Zeit werden die Knorpel und sogar Knochen der Gelenke angegriffen und geschädigt. Starke Schmerzen und eine Versteifung der Gelenke sind die Folge.


Der Fingerscanner erkennt Arthritis im Frühstadium.

© Fraunhofer IBMT/Bernd Müller

Heilen lässt sich diese Krankheit nicht. Aber sofern sie im Frühstadium erkannt wird, kann man sie mit Medikamenten gut in Schach halten. Doch mit herkömmlicher strahlungsbelastender Röntgenuntersuchung lässt sich die Erkrankung oft erst dann erkennen, wenn sie weit fortgeschritten ist. Eine Alternative ist der Doppler-Ultraschall, der Veränderungen im lokalen Blutfluss erkennt. Ein vermehrter Blutfluss in der entzündeten, verdickten Gelenkinnenhaut ist ein typisches Phänomen der Entzündung. Dieser entsteht sowohl durch eine Weitung vorhandener Blutgefäße als auch durch die Bildung neuer Blutgefäße infolge des Entzündungsprozesses. Zu Beginn der Erkrankung sind die Gefäße aber oft sehr klein, und der Blutfluss ist entsprechend gering, sodass die Erkrankung im Frühstadium trotzdem übersehen werden kann. Die Magnetresonanztomografie wird standardmäßig nicht für die Arthritis-Früherkennung genutzt, da sie aufwendig und teuer ist.

Scanner tastet Gelenke nach Entzündungsherden ab

Um die Früherkennung von Arthritis-Erkrankungen zu verbessern, entwickelt ein europäisches Konsortium aus mehreren Forschungseinrichtungen und Unternehmen derzeit unter der Leitung des Fraunhofer-Instituts für Biomedizinische Technik IBMT im Saarland im Projekt IACOBUS ein alternatives Diagnoseverfahren, in dem Ultraschalltechnik mit neuen Detektionsmethoden kombiniert wird.

Im Detail handelt es sich um einen 3D-Fingerscanner, der die Gelenke nach Entzündungsherden und krankhaften Veränderungen abtastet. »Das hat unter anderem den Vorteil, dass sich die Krankheit bereits im Frühstadium erkennen lässt, da bei vielen Formen von Arthritis die Finger zuerst befallen sind«, sagt Dr. Marc Fournelle, IACOBUS-Projektleiter am IBMT.

Der Scanner arbeitet mit einem optoakustischen Bildgebungsverfahren. Bei dieser Methode wird der Finger mit extrem kurzen Laserlichtpulsen beleuchtet. Die Absorption der kurzen Lichtpulse führt im Gewebe zu einer minimalen Erwärmung, die eine minimale Ausdehnung des Gewebes bewirkt.

Die Ausdehnung wiederum führt zu schwachen Druckpulsen, die der Scanner, wie bei einem Ultraschallverfahren, mit einem Schallwandler registriert. Aus dem Muster der Druckpulse kann das Gerät sehr genau herauslesen, wo sich eine Entzündung entwickelt. Um die Diagnose weiter zu verfeinern, wird das optoakustische Verfahren durch ein Hyperspectral-Imaging-System ergänzt.

In diesem Fall wird der Finger mit starkem Weißlicht durchleuchtet. Entzündetes Gewebe absorbiert bestimmte Wellenlängen. Analysiert man das zurückgestreute Licht Wellenlänge für Wellenlänge, lässt sich erkennen, ob eine Erkrankung vorliegt.

Da die beiden Verfahren vor allem das Weichgewebe und insbesondere die Blutgefäße abbilden, bietet das System zusätzlich ein Ultraschallbild, das ebenfalls mit dem Schallwandler des Scanners erzeugt wird.

»Der Ultraschall bildet, wie gewohnt, auch das Weichgewebe wie zum Beispiel Muskeln oder die Gelenkkapsel sowie den Knochen ab, sodass unser Scanner dem Arzt das bekannte Bild liefert, an dem er sich orientieren kann«, sagt Fournelle. Das Ultraschallbild wird dann mit den Daten des Hyperspectral-Imaging und des optoakustischen Verfahrens kombiniert, sodass deutlich zu sehen ist, wo sich die Entzündung befindet.

An dem von der Europäischen Kommission geförderten Projekt IACOBUS sind folgende Partner beteiligt: EKSPLA UAB (Litauen), Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik IBMT in Sulzbach und St. Ingbert, Justus-Liebig Universität Gießen, Norsk Elektro Optikk AS (Norwegen), Norwegian University of Science and Technology, Trondheim (Norwegen), Vermon SA (Frankreich), tp21 GmbH (Berlin).

Weitere Informationen:

http://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2015/November/licht-spuer...

Annette Maurer | Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik IBMT

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