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Stefanie Dencks (links) und Tatjana Opacic am Ultraschallgerät. Auf dem Bildschirm ist ein Tumor aus einem präklinischen Experiment zu sehen. © RUB, Georg Schmitz

Bläschen machen Blutgefäße von Tumoren sichtbar

Wie winzige Bläschen helfen, die Auflösungsgrenze des Ultraschalls zu überwinden, haben Forscherinnen aus Bochum und Aachen gezeigt.

Für ihre Arbeiten zur hochauflösenden Darstellung der Blutgefäße von Tumoren erhalten die Forscherinnen Dr. Stefanie Dencks vom Lehrstuhl Medizintechnik der Ruhr-Universität Bochum und Dr. Tatjana Opacic vom Institut für Experimentelle Molekulare Bildgebung der Uniklinik der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule (RWTH) Aachen den mit 10.000 Euro dotierten Innovationspreis der Stiftung Familie Klee.

Der Preis wurde am 28. Juni 2019 überreicht.

Die Arbeit der Preisträgerinnen macht es durch eine neue Art der Auswertung von kontrastmittelgestützten Ultraschallbildern möglich, mit herkömmlichen Systemen Bilder der Blutgefäße in Tumoren jenseits der Beugungsbegrenzung der Auflösung zu erzeugen. Damit lassen sich verschiedene Tumorarten besser unterscheiden und man kann bereits früh feststellen, wie gut eine Chemotherapie anschlägt.

Mikrobläschen durch den Körper verfolgen

Die Forscherinnen verwenden klinisch eingesetzte Ultraschallkontrastmittel, die aus Mikrobläschen bestehen. Diese nur etwa einen Mikrometer kleinen Gasbläschen wandern mit dem Blutstrom durch den Körper und erzeugen bei einer Ultraschalluntersuchung ein so starkes Echosignal, dass schon einzelne Mikrobläschen im Ultraschallbild als helle Reflexe sichtbar sind. Durch die Auflösungsgrenze der Ultraschallgeräte wird das Mikrobläschen etwa hundertfach größer ausgedehnt dargestellt als es ist. „Wir können aber die Mittelpunkte einzelner Bläschen mit einer hohen Genauigkeit bestimmen und damit auf die Position der Bläschen schließen, wenn diese einzeln im Bild erkennbar sind“, erläutert Stefanie Dencks.

Die Auflösungsgrenze des Ultraschalls überwinden

Eine besondere Herausforderung für die Bildverarbeitung ist es dabei, die Bewegung vieler Mikrobläschen, die gleichzeitig durch die Tumorgefäße fließen, in den Videosequenzen richtig zu erkennen und zuzuordnen. Das Ergebnis ist ein Bild, das die Gefäßstrukturen mit etwa zehnfach höherer Auflösung darstellt als herkömmliche Systeme.
„Wir konnten zeigen, dass sich aus den hochauflösenden Bildern neue funktionelle und morphologische Parameter bestimmen lassen, mit denen verschiedene Tumortypen sehr gut unterschieden werden konnten“, so Tatjana Opacic. In ihren Arbeiten testeten die Forscherinnen das Verfahren in drei Modellfällen auch erfolgreich am Menschen. In Kooperation mit Prof. Dr. Elmar Stickeler, Direktor der Klinik für Gynäkologie und Geburtsmedizin der Uniklinik RWTH Aachen, gelang es, bei Patientinnen mit Brustkrebs die Reaktionen der Tumorgefäße auf Chemotherapien zu erfassen.

Das Preisgeld setzen die Forscherinnen für ein Symposium zum Thema „Superresolution and Artificial Intelligence in Ultrasound Imaging“ mit Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftlern ein.

Originalveröffentlichung

Tatjana Opacic, Stefanie Dencks et al.: Motion model ultrasound localization microscopy for preclinical and clinical multiparametric tumor characterization, in: Nature Communications, 2018, DOI: 10.1038/s41467-018-03973-8