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Neues Verfahren für Krebsdiagnose: Ultraschall statt Röntgenstrahlung

Brustkrebs ist die häufigste Krebserkrankung bei Frauen. Etwa 1.600.000 Fälle treten pro Jahr weltweit auf. Rechtzeitig erkannt und lokalisiert, ist Brustkrebs sehr gut therapierbar. Forscher vom KIT haben ein Verfahren entwickelt, das dreidimensionale Bilder in hoher Auflösung verspricht.

Schonende Früherkennung: Wassergefüllter Messzylinder mit ringförmig angeordneten Ultraschallsensoren Bildquelle: © KIT

Schonende Früherkennung: Wassergefüllter Messzylinder mit ringförmig angeordneten Ultraschallsensoren

Die 3D-Ultraschall-Computertomographie (USCT) kann die Brust in 3D mit Millimetergenauigkeit abbilden und berücksichtigt dabei Gewebeeigenschaften, die bei der Suche nach Tumoren bisher nicht beachtet wurden. Für die Brustkrebsdiagnose verspricht USCT deshalb eine hohe Sensitivität und Spezifität, das heißt Tumoren werden zuverlässig erkannt.

Funktionsprinzip

Die 3D-Ultraschall-Computertomographie arbeitet mit Ultraschall, der in ein wassergefülltes Volumen eingestrahlt wird. Ein gesendetes Ultraschallsignal durchläuft das Messvolumen und wird von ca. 1500 Ultraschallsensoren auf den Wänden dieses Volumens registriert.

Die eigens dafür entwickelten Ultraschallsensoren sind mit Sende- und Empfangselementen ausgestattet. Sie arbeiten mit einer mittleren Frequenz von ca. 2,5 MHz, um menschliches Gewebe auf der Strecke durch den Messzylinder durchdringen zu können.

Befinden sich Objekte im Wasser, so verändern sich die Ultraschallsignale durch Reflexion, Dämpfung und Brechung an den Gewebegrenzen. Die Auswertung dieser Signale ermöglicht die Rekonstruktion der Objekte und liefert Informationen über die Reflektivität, Absorption und Änderung der Schallgeschwindigkeit durch diese Objekte. Es wird erwartet, dass dank einer besseren Bildqualität die Krebsdiagnose in einem früheren Stadium gestellt werden kann. Eine frühzeitige Brustkrebserkennung steigert die Überlebenschancen der Patientinnen.

Datenverarbeitung im Großformat

Die Ultraschallsensoren erzeugen während einer Messung eine sehr hohe Datenrate von ca. 15 GBytes/s. Das entspricht etwa 20 CDs pro Sekunde. Die speziell für diese Anforderungen entwickelte Hardware erfasst und reduziert die Daten und übermittelt sie an einen Rechner.

Auf diesem Rechner werden alle Messungen initiiert und die daraus gewonnenen Daten gespeichert. Dafür wurde die Steuerungs- und Datenaufnahmesoftware „Andromeda“ von der Softwaregruppe des IPE für die USCT-Messungen entwickelt.

Kostengünstiges Verfahren

»Langfristig könnte die USCT-Technologie im medizinischen Alltag breit eingesetzt werden«, sagt Nicole Ruiter, die das Forscherteam am Institut für Prozessdatenverarbeitung und Elektronik des KIT leitet. Das Verfahren ist ähnlich kostengünstig wie Mammographie und kann beliebig oft und bei jungen Frauen eingesetzt werden, auch weil im Gegensatz zur Mammographie keine Röntgenstrahlung zum Einsatz kommt.

Ein Prototyp wird aktuell bereits in einer zweiten Studie in Deutschland erprobt. Mit chinesischen Industriepartnern werden nun weitere USCT-Systeme mit optimierter Bildqualität und verbesserten Ultraschallwandlern entwickelt, die dann im Rahmen einer großen Multizenterstudie mit mehr als 1000 Patientinnen in der Volksrepublik China erprobt wird .

Von der Studie erhoffen sich die Wissenschaftler des KIT und ihre Partner repräsentative statistische Daten über die Diagnosequalität des Gerätes. Parallel wird die medizinische Zulassung in China vorbereitet. Brustkrebs ist hier die häufigste Krebsart bei Frauen. (me)

Aktuell wird der zweite 3D-USCT-Prototyp in einer klinischen Studie in der Universitätsmedizin Mannheim erprobt. Bildquelle: © KIT

Aktuell wird der zweite 3D-USCT-Prototyp in einer klinischen Studie in der Universitätsmedizin Mannheim erprobt.