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Schnelle Herzbildgebung per Ultraschall

Die meisten Herz-Kreislauf-Erkrankungen inklusive Bluthochdruck und koronarer Herzerkrankungen zeichnen sich durch morphologische oder funktionale Änderungen des linken Herzventrikels aus. In Anbetracht der Bedeutung der Herzbildgebung für eine schnelle Diagnose haben europäische Forscherinnen und Forscher ein innovatives Ultraschallsystem für die schnelle Herzbildgebung entwickelt.

Gesundheit

Ein Ultraschallsystem ist ein sehr attraktives Instrument zur Überprüfung der Morphologie und der Blutzirkulation in den Herzkammern sowie zur Überwachung der Herzwände. Bemerkenswert ist, dass es in Echtzeit betrieben wird, eine gute zeitliche Auflösung bietet und keine ionisierende Strahlung nutzt. Doch die aktuellen Lösungen bieten eine unzureichende Zeitauflösung für die Evaluation aller Details der Herzdynamik, sodass eine schnelle Echokardiographie erforderlich ist.

Entwicklung eines 3D-Ultraschall-Scanners für die Herzbildgebung

Das mit der Unterstützung durch die Marie Skłodowska-Curie-Maßnahmen (MSC) durchgeführte Projekt ACOUSTIC verfolgte das Ziel, bestehende technische Einschränkungen im 2D- und 3D-Herzultraschall zu überwinden und ein innovatives System zu entwickeln, das eine sehr hohe zeitliche und räumliche Auflösung ermöglicht. „Unser Ziel war die zuverlässige und wiederholbare Messung der überaus schnellen Bewegungen des Herzmuskels während des Herzzyklus“, erklärt MSC-Stipendiat Alessandro Ramalli. Das ACOUSTIC-System basiert auf dem Forschungsechographen ULA-OP 256, der eine große Vielseitigkeit und Programmierbarkeit bietet. Die Forschenden implementierten nichtkonventionelle Schnellbildgebungsverfahren und Verarbeitungsansätze für eine Abbildung der Blutzirkulation und Bewegung des Herzmuskels mit nie dagewesener Detailtreue. Dazu wurde ein Schnellbildgebungsmodus integriert, der drei Bildgebungsebenen simultan rekonstruiert. Die Verbesserung des 3D-Herzultraschalls basiert auf einem Ultraschallsonden-Prototypen, dessen Anordnung von den Samen in einer Sonnenblume inspiriert ist, um eine 3D-Bildgebung bei geringen Kosten zu ermöglichen. Grundsätzlich kann diese Sonde mit jedem handelsüblichen Scanner verbunden werden, ohne dass zusätzliche kostspielige Geräte erforderlich wären.

Signifikanz und Zukunftsperspektiven

Vorläufige Patientendaten veranschaulichen die Kapazität des ACOUSTIC-Systems im Hinblick auf die Erzielung einer hohen räumlichen und zeitlichen Auflösung breiter Sehbereiche bei der 2D- wie auch 3D-Echokardiographie. Wichtige Merkmale sind die Beibehaltung einer guten Bildqualität und der Echtzeitbetrieb, mit denen die diagnostische Leistung der Echokardiographie erheblich steigt. „Im Gegensatz zu Schnellbildgebungslösungen, die auf der Offline-Verarbeitung gewonnener Echokardiographiedaten basieren, liefert das ACOUSTIC-System Ärzten ein Echtzeit-Feedback zu den Ergebnissen“, betont Ramalli. Das System ermöglicht die Analyse von schnellen Herzereignissen und ein besseres Verständnis der regionalen Kontraktionsfunktion mit direkten klinischen Implikationen wie einer verbesserten Diagnose von Erregungsleitungsstörungen. Es ermöglicht zudem eine robuste Untersuchung der Bluthämodynamik des gesamten Herzens und nicht nur einer begrenzten Region von Interesse. Aus industrieller Sicht hat das Projekt aufgezeigt, dass eine Echokardiographie mit einer hohen zeitlichen Auflösung und relativ kostengünstiger Hardware, die bereits in handelsüblichen Scannern verfügbar ist, bereitgestellt werden kann. Dies bietet das Potenzial, die Einführung der ACOUSTIC-Merkmale weltweit in der klinischen Praxis voranzubringen. Fortlaufende Maßnahmen sind auf die technische Optimierung fokussiert. So werden neuartige Verfahren für die Verbesserung der Bildqualität des Herz-Kreislauf-Systems und für die Nachbearbeitungskapazität des Systems entwickelt. Durch die Anwerbung weiterer Probanden und Patientinnen und Patienten für Projektstudien wird der klinische Nutzen des ACOUSTIC-Ultraschallsystems in Bezug auf die Diagnose von Herz-Kreislauf-Erkrankungen weiter validiert. In Anbetracht der immer älter werdenden europäischen Bevölkerung und der wachsenden sozioökonomischen Belastung durch Herz-Kreislauf-Erkrankungen unterstützen fortschrittliche bildgebende Verfahren die diagnostische und prognostische Leistung für eine Ultraschalluntersuchung des Herzens.

Schlüsselbegriffe

ACOUSTIC, 3D-Ultraschall, Bildgebung, Herz-Kreislauf-Erkrankung, Blutzirkulation

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