Hochauflösendes Monitoring des Gefäßsystems von Tumoren

18.04.2018

Eine neue Art der Auswertung von Ultraschallbildern macht es möglich, mit herkömmlichen Geräten hochauflösende Bilder von Blutgefäßen in Tumoren zu erzeugen. Damit lassen sich verschiedene Tumorarten besser unterscheiden, und man kann verfolgen, wie gut eine Chemotherapie anschlägt.

Die neue Technologie namens „Motion Model Ultrasound Localization Microscopy“ basiert auf kontrastmittelverstärkten Ultraschallaufnahmen. Dabei werden den Patienten als Kontrastmittel Mikrobläschen verabreicht: nur etwa einen Mikrometer kleine Gasblasen, die mit dem Blutstrom durch den Körper wandern. Im Ultraschallbild erscheinen sie als unförmige weiße Flecken.

Mithilfe von Algorithmen, die aus der Radarortung stammen, ist es Bochumer Forschern gelungen, die Bewegung einzelner Mikrobläschen zu verfolgen. Die Wissenschaftler versuchen dabei, dem Computer „beizubringen“, was die Augen auch können, nämlich aus einer Folge von Bildern, auf denen ein Punkt jeweils an einem anderen Ort erscheint, seine Bewegung abzulesen. Dafür versahen die Forscher jedes einzelne Bläschen mit einer Bezeichnung. So konnten sie ihren Weg durch das Gefäßsystem verfolgen und sie dabei auszählen.

Aus der Bewegung der Bläschen lassen sich dann feine Gefäßbahnen rekonstruieren. Auch die Richtung und Geschwindigkeit des Blutflusses können so erfasst werden. Die Auflösung der Bilder liegt weit über den Grenzen der Bildauflösung. Die Experten sprechen von Superresolution. Die Zusammenschau von morphologischen und funktionellen Parameter erlaubte eine hervorragende Unterscheidung verschiedener Tumortypen. In ihrer Arbeit testeten die Forscher das Verfahren in drei Modellfällen auch an Menschen erfolgreich. In Kooperation mit Aachener Gynäkologen gelang es, bei Patientinnen mit Brustkrebs die Reaktionen der Tumorgefäße auf Chemotherapien zuverlässig zu erfassen.

Das sei auch deswegen von großer Bedeutung, weil viele neue Therapieverfahren darauf zielen, das Tumorgefäßsystem gezielt zu beeinflussen, um eine stärkere Anreicherung von Medikamenten in den Tumoren zu erreichen und somit den Therapieeffekt zu verstärken, so die Forscher. Zu diesen Verfahren gehört zum Beispiel die Sonoporation. Dabei werden Tumoren mit Ultraschall behandelt, um die Gefäßwände durchlässiger für Wirkstoffe zu machen.

Der große Vorteil des Verfahrens liegt darin, dass es mit herkömmlichen Ultraschallgeräten funktioniert, die eine niedrige Bildwiederholrate von manchmal nur 15 Bildern pro Sekunde haben. Die Forscherteams haben bereits ein Anschlussprojekt beantragt, in dem sie breitere klinische Studien mit dem Verfahren durchführen wollen.

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https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29670096