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Coming soon – Fast Imaging, Position Tracking und nichtlineare Bildkonstruktion
Die technischen Möglichkeiten des Ultraschalls sind bei weitem noch nicht ausgeschöpft“, betont Ass.-Prof. Dipl.-Phys. Dr. Christian Kollmann vom Zentrum für Medizinische Physik und Biomedizinische Technik der Medizinischen Universität Wien: „Es ist nicht so, dass jedes Jahr etwas Neues kommt. Aber beim Ultraschall halten doch immer wieder neue Verfahren oder Techniken Einzug.“
Die wichtigsten technischen Neuerungen, die sich aktuell auf dem Gebiet des Ultraschalls abspielen, sind Fast Imaging, Position Tracking und nicht-lineare Bildrekonstruktion.
Unter Fast Imaging versteht man die sehr schnelle Detektion von Schnittbildern. Während konventioneller Ultraschall zehn bis 200 Schnittbilder pro Sekunde schafft, sind mit fast Imaging mehrere tausend Frames pro Sekunde möglich. „Dieses Verfahren ermöglicht es zum Beispiel, sehr schnelle Bewegungen Herzens zeitaufgelöst aufzunehmen“, erklärt Kollmann. Voraussetzung für diese Entwicklung waren die immer schneller werdenden Prozessoren sowie die modernen Graphik-Boards, die Daten sehr schnell erfassen und weiterverarbeiten können.
Neue Möglichkeiten der Erfassung
Die erste Anwendung dieser Art war die Scherwellen-Elastographie, mit der die Ausbreitung einer Transversalwelle im Körper erfasst wurde. Scherwellen breiten sich mit einer Geschwindigkeit von einem bis zehn Meter pro Sekunde sehr langsam aus, während sich die Longitudinalwellen, die normalerweise für Ultraschallbilder verwendet werden, mit einer viel höheren Geschwindigkeit, nämlich zwischen 1.480 und 1.580 Metern pro Sekunde, im Gewebe ausbreiten. Die neue, leistungsstarke Hardware erlaubt es nun, auch die Ausbreitung der Longitudinalwellen zu erfassen, zu quantifizieren und farblich darzustellen.
Auch das Doppler-Verfahren profitiert von den neuen technischen Möglichkeiten. Nun ist es möglich, sehr langsame Flussgeschwindigkeiten etwa in Kapillargefäßen zu erfassen, was bei der Bestimmung der Tumorvaskularisation oder bei mikrovaskulären Anwendungen von großem Nutzen sein kann. „Bald werden auf diese Weise zweidimensionale Vektorflussabbildungen möglich und es wird sich auch bestimmen lassen, in welche Richtung sich einzelne Erythrozyten bewegen“, prophezeit Kollmann: „Und wenn man mit Ultraschallkontrastmitteln arbeitet, kann die Entwicklung sogar in Richtung ,Molecular Imaging‘ gehen.“ Er kann sich auch vorstellen, dass sich mit Fast Imaging künftig Gehirnaktivitäten transkraniell verfolgen lassen. „Fast Imaging hat ein großes Zukunftspotenzial“, unterstreicht der Physiker.
Positionsbestimmungen im Ultraschall
Position Tracking, die zweite bedeutende Neuentwicklung, erlaubt derzeit zwei Anwendungen: Zum einen wird bei einer Biopsie dem untersuchenden Arzt angezeigt, wo genau eine Biopsienadel verläuft bzw. wo sich die Spitze der Biopsienadel befindet. Mittels Overlay werden ein Fadenkreuz sowie die Information, wie weit man noch vom Ziel entfernt ist und in welche Richtung sich die Nadelspitze bewegt, in Echtzeit in das Ultraschallbild eingeblendet. Zum anderen kann die Position des aktuellen Ultraschall-Schnittbildes lagekorrekt in zuvor aufgenommene dreidimensionale CT- oder MR-Bilder eingespielt werden. „Auf diese Weise bekommt man zusätzliche Informationen über die Weichteilcharakteristik des Organs, wobei die Anatomie von der MR oder vom CT kommt“, erläutert Kollmann.
Bei tomographischen Ultraschallverfahren, wenn also nicht mit einem, sondern mit zwei einander gegenüberliegenden Schallköpfen gearbeitet wird, kommt neuerdings das Prinzip der nichtlinearen Bildkonstruktion zur Anwendung. Nicht-linear bedeutet, dass zwei Parameter nicht immer proportional miteinander zusammenhängen – was die Sache ziemlich komplex macht. Aber mit den entsprechenden Algorithmen lassen sich in der räumlichen Auflösung Verbesserungen erzielen und auch die Artefakte reduzieren. Auf diese Weise lässt sich zum Beispiel farbcodieren, ob Gewebe steif ist. Es lassen sich auch zusätzliche Aussagen über Streuung, Dämpfung und Schallgeschwindigkeit im Medium treffen. „Dazu müssen aber die Strukturen der Objekte bekannt sein beziehungsweise man muss theoretische Annahmen über diese Objekte machen“, schildert Kollmann die Voraussetzung, räumt zugleich aber ein: „Auf diesem Gebiet muss noch viel geforscht werden, um optimale Rekonstruktionsalgorithmen zu finden.“
Profil:
Ass.-Prof. Dipl.-Phys. Dr. Christian Kollmann ist Professor am Zentrum für Medizinische Physik und Biomedizinische Technik der Medizinischen Universität Wien. Er ist ein Experte für alle Aspekte medizinischer Ultraschalltechnik inklusive Ultraschallwandler, Signalverarbeitung und -technik, Expositionsbeurteilung, Simulationen und biologische Effekte. Überdies setzt er sich mit der Sicherheit sowie der Qualitätssicherung in Zusammenhang mit Ultraschallgeräten auseinander.
Veranstaltung
Raum: A Flüela
Donnerstag, 24.09.2015, 11:15 Uhr
DICOM: Pitfalls & Fakten für die Praxis
Christian Kollmann, Österreich
Session: Wissenschaftliche Sitzung Technik/Qualität
21.09.2015
