Pictures of the Future      Herbst 2005

Eins plus Eins ist... viel mehr

Schnelle Computerprogramme ermöglichen eine neue Produktklasse bildgebender Medizingeräte – die Hybride. In ihnen verschmelzen verschiedene Systeme, die Bilder mit bislang unerreichter Qualität liefern. Der Erfolg: Bessere Diagnosen und effizientere Arbeitsabläufe im Krankenhaus.

High-tech macht’s möglich: Moderne Computertomographie (CT) liefert innerhalb von Sekunden ein Abbild des Herzens mit einer Auflösung von unter 0,4 mm, und Ultraschall-Geräte zeigen live 3D-Porträts von Föten im Mutterleib. Doch letztlich ist es die Software, die aus den High-tech-Komponenten ein funktionstüchtiges Ganzes schafft. Besonders deutlich macht das eine neue Generation medizinischer Systeme – die Hybridgeräte. In ihnen verschmelzen die gigantischen Datenmengen verschiedener bildgebender Verfahren. Das verbessert die Bildqualität und erleichtert die Diagnose von Krankheiten. Im Frühjahr 2005 ging etwa am Universitätsklinikum Erlangen mit dem neuen Symbia-System von Siemens erstmals in Europa ein Hybrid aus SPECT und CT in Betrieb (Bild oben). Der Computertomograph erzeugt Schnittbilder des Körpers, indem er eine Röntgenröhre um den Patienten kreisen lässt. Bei der SPECT, der Single Photon Emission Computed Tomography, hingegen werden einem Patienten geringe Mengen schwach radioaktiver Substanzen gespritzt, die sich für kurze Zeit in bestimmten Organen wie dem Herzen oder in Tumorgewebe anreichern. Die Strahlung wird von einem Detektor wahrgenommen und liefert dann Bilder, die die biologische Aktivität und den Stoffwechsel von geschädigten Herzregionen oder Krebsgeschwüren zeigen.

Bislang nutzten Ärzte zwei verschiedene Geräte für SPECT- und CT-Unter­suchungen. Da sich die Position des Patienten dabei stets leicht veränderte, ließen sich Bildinformationen mitunter nur schwer zur Deckung bringen. Erst durch die Verschmelzung von CT und SPECT sind die Abbildungen exakt deckungsgleich. Denn da die Aufnahmen direkt nacheinander gemacht werden, liegt der Patient in der absolut gleichen Position. Das SPECT-Signal gibt übrigens nicht nur die Position des Tumors an, sondern lässt auch auf die Art der Krebsgeschwulst schließen. Besonders aktive Tumoren reichern viel radioaktives Material an und liefern kräftige Signale. Die Strahlung der radioaktiven Substanz im Körper wird allerdings durch das umgebende Gewebe abgeschwächt und gestreut, was die Lokalisierung und die Interpretation des Befunds erschwert.

Dank der Kombination mit einem CT lässt sich dieses Problem lösen. "Anhand der CT-Daten kann die von uns entwickelte Software abschätzen, durch wie viel schwächendes Gewebe die Strahlung wandert und so die tatsächliche Strahlung im Tumor ermitteln", sagt Keith Andress, Leiter der Software-Abteilung für Molecular Imaging bei Siemens Medical Solutions in Hoffmann Estates, Illinois (USA). Auf ähnliche Weise lässt sich aus den CT-Daten abschätzen, wie viel streuendes Gewebe zwischen Tumor und Detektor liegt, und daraus die tatsächliche Lage des Tumors besser bestimmen. Den Patienten bietet Symbia einen weiteren Vorteil. Bislang mussten sie auf Untersuchungstermine in zwei verschiedenen Abteilungen warten. So vergingen oft Tage oder gar Wochen, bis endlich eine Diagnose vorlag. Jetzt finden beide Untersuchungen direkt nacheinander statt.

Tumor in 3D lokalisieren. Ähnlich wie Symbia arbeitet ein anderes Hybrid-Gerät – der Biograph. Er vereint die CT mit der Positronen-Emissions-Tomographie (PET). Auch bei der PET werden dem Patienten schwach radioaktive Stoffe injiziert. Statt Photonen wie bei der SPECT werden aber andere Elementarteilchen, Positronen, frei. Die wiederum erzeugen bei der Kollision mit Elektronen benachbarter Atome jeweils zwei Photonen, welche detektiert werden – ihr Ursprungsort lässt sich dann gut lokalisieren.

"Die Nuklearmedizin ist ein Dienstleister, der anderen Fachleuten wie Chirurgen wichtige Bildinformationen für die Therapie oder die Operation liefert", sagt Stefan Käpplinger, Leiter der Physikgruppe bei Siemens Medical Solutions (Med) in Erlangen und zuständig für den Bereich Molecular Imaging. "Nuklearmediziner sind es gewohnt, Schichtbilder zu interpretieren. Für Chirurgen hingegen ist eine dreidimensionale Darstellung besser." Deshalb wurden die Biograph-Systeme mit der Software FusedVision 3D ausgestattet. Sie ordnet die Schichtbilder aus der CT zu einem dreidimensionalen Bild, das sich nach Belieben drehen lässt. Hineinprojiziert werden wiederum die Tumordaten aus der PET. Damit lässt sich auch der Therapieverlauf besser als bisher verfolgen. Um zu sehen, ob ein Tumor auf die Therapie anspricht, sind in regelmäßigen Abständen Kontrolluntersuchungen nötig. Mit dem Biograph-System können die Bilder der verschiedenen Untersuchungen schnell und passgenau übereinander gelegt werden – der Arzt kann Lage, Größe und Aktivität des Tumors leicht miteinander vergleichen.

Die Erleichterung der Arbeit im Behandlungsraum war ein wesentlicher Grund für die Entwicklung zweier weiterer kombinierter Geräte – erstens dem Angio CT Miyabi, einem CT-Gerät mit einem Angiographie-System zur Untersuchung von Blutgefäßen, und zweitens dem Primatom, einer Kombination aus CT und einem Linearbeschleuniger zur Behandlung von Tumoren. Anders als Symbia und Biograph sind die Geräte nicht in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht. Stattdessen ist der Computertomograph auf Schienen gelagert und kann bei Bedarf in den Behandlungsraum geschoben werden. Auch hier entfällt das Umbetten des Patienten, und beide Untersuchungen können direkt nacheinander erfolgen.

Das Miyabi-System wurde insbesondere für die Behandlung von Patienten mit Gefäßerkrankungen entwickelt. Beim Angiographie-System handelt es sich um ein Röntgengerät, in dem sich Röntgenröhre und Detektor wie in einer Zange gegenüber liegen. Es stellt vor allem Defekte an den Gefäßen dar, etwa Engstellen oder Erweiterungen. Damit weiß der Arzt bei einer Herzkatheteruntersuchung, wohin er den Katheter führen muss (siehe  "Computer in der Therapie"). Das umgebende Gewebe zeigt die Angiographie allerdings nicht. Diese Daten liefert wiederum die CT. Auch hier erreicht es die Software, dass beide Datensätze passgenau kombiniert werden – ideal auch für die Behandlung von Schlaganfällen. Um Schädigun­gen des Gehirns weitgehend zu vermeiden, kommt es darauf an, schnell zu unterscheiden, ob eine Hirnblutung vorliegt oder ob ein Gerinnsel Adern verstopft, denn die Behandlung ist in beiden Fällen völlig unterschiedlich. Bisher musste der Patient in Windeseile von einem Gerät zum nächsten gefahren werden. Mit dem Miyabi wird sich das künftig oft vermeiden lassen.

In der bildgeführten Strahlentherapie bietet Primatom wichtige Vorteile. Tumoren im Bereich von Rücken, Becken oder Bauch können ihre Lage durch Bewegungen der Organe oder Veränderung des Volumens im Magen-Darm-Trakt täglich verändern. Das Primatom-Gerät erzeugt einen energiereichen Strahl, mit dem sich Tumoren zerstören lassen, und es liefert zudem ein detailliertes CT-Abbild des Körpers. Dies erleichtert die Patienten­positionierung für die zielgenaue Bestrahlung.

Ultraschall in 4D. Auch zur Weiterentwicklung klassischer Verfahren trägt Software bei – etwa beim Ultraschall. "Viele Experten glaubten, dass bei dieser Technologie schon das Ende der Entwicklung erreicht ist", sagt Gerhard Kreitz, Marketing Manager bei Med in Erlangen. "Mit dem Acuson Antares Premium haben wir aber ein Gerät auf den Markt gebracht, das zeigt, dass noch viel mehr möglich ist." Acuson Antares liefert mit der fourSight 4D-Technologie nämlich Bilder in vier Dimensionen, stellt den Untersuchungsbereich also nicht nur räumlich dar, sondern macht sogar Bewegungen sichtbar. "Das ist vor allem für die Untersuchung von Föten von Interesse, denn ihre Bewegungen geben einen Hinweis auf den Reifegrad des Gehirns." Auch Fehlentwicklungen, etwa Anomalien im Gesichts- oder Fingerbereich, lassen sich besser erkennen. So wird Antares in der Frauenheilkunde zu 90 % für vorgeburtliche Untersuchungen genutzt.

Der neuartige Schallkopf muss nicht wie üblich über den Bauch der Patientin bewegt werden, sondern bleibt an einer Stelle fixiert. Im Inneren schwenkt ein kleiner Motor das Ultraschallmodul in genau definierten Bahnen hin und her. Der Vorteil: Das Gerät kennt die genaue Position der Schallwellen. Kreitz: "Wir wissen jederzeit, wo welcher Bildpunkt gelegen hat." Acuson Antares zeichnet das untersuchte Volumen bis zu 25 Mal pro Sekunde auf und liefert Schnitt­bilder aus verschiedenen Tiefen des Gewebes, die die Software zu einem 3D-Stapel zusammenfügt – so schnell, dass sich Bewegungen in Echtzeit darstellen lassen. "Hierfür muss zum einen der Bildaufbau extrem präzise sein und zum anderen die Software die riesige Datenmenge bewältigen – bis zu zwei Gigabyte", betont Kreitz. Für den Nutzer aber kommt es letztlich darauf an, was das Gerät aus den Daten macht. Deshalb wurde es mit weiteren Funktionen ausgestattet: Der Mediziner kann sich das Volumen im Ganzen betrachten, durch Schichtbilder blättern, beliebige Schnitte legen und natürlich die Bewegungen des Fötus in Normalgeschwindigkeit beobachten.
                                                                                                                  Tim Schröder