Bahnbrechende medizinische Bildgebungstechnologien für eingriffsfreie Diagnosen
Da die Europäerinnen und Europäer immer länger leben, stehen die Gesundheitsbehörden vor der Herausforderung, diesen eine hochwertige Gesundheitsversorgung und bessere Behandlung von Erkrankungen bereitzustellen. Über ASTONISH (Advancing Smart Optical Imaging and Sensing for Health) wurden neue hochmoderne Bildgebungsinstrumente für die minimal invasive Diagnose und Behandlung von Erkrankungen entwickelt, die von Hautkrebs bis zu Erkrankungen des Nervensystems reichen, wobei die Anwendung auf die Reduzierung von Krankenhausaufenthalten und Verbesserung der Lebensqualität abzielt. Das aus 24 Partnern aus Belgien, Finnland, Italien, den Niederlanden, Spanien und Tschechien bestehende Konsortium entwickelte sechs Demonstratoren für verschiedene medizinische Anwendungszwecke und prüfte diese an Patienten und gesunden Probanden. Manche der Anwendungen stehen kurz vor der Kommerzialisierung. „Es ist beeindruckend, so viele Partner zu sehen, die bereits an greifbaren Aktivitäten zur Bewerbung und Veröffentlichung ihrer innovativen Produkte arbeiten“, sagt Projektmanager Robert Hofsink, der in der Unternehmenssparte für bildgesteuerte Therapie von Philips in den Niederlanden arbeitet. Das Konsortium von Unternehmen, das durch Universitäten sowie Forschungs- und Technologieorganisationen unterstützt wird, entwickelte Bildgebungsgeräte für den Nahinfrarot- und hyperspektralen Bereich, um Gewebe zu charakterisieren und Tumore sowie Hautkrebs einfacher erkennen zu können. Bei der hyperspektralen Bildgebung werden Informationen aus dem elektromagnetischen Spektrum gesammelt und verarbeitet, um für jeden Pixel in der Bildszene das passende Spektrum zu erreichen, damit Objekte erkannt oder Materialien identifiziert werden können. Einen der bemerkenswertesten Augenblicke erlebten die Entwickler vielleicht in der Mitte des Projekts, als sie es schafften, ihre optischen Sensoren in ein System zu integrieren, um synchron Signale des Elektroenzephalogramms (EEG) und der funktionellen Nah-Infrarot-Spektroskopie (fNIRS) zu messen. Beide Methoden erfassen Hirnaktivitäten. „Dieser Durchbruch ermöglicht die nicht invasive Messung von elektrischen wie auch hämodynamischen Hirnaktivitäten und könnte zur Untersuchung neurologischer Erkrankungen wie einem Schlaganfall und Demenz beitragen“ sagt Antonio Chiarelli, Forscher für Neurobildgebung an der Universität Chieti, Italien.
Mehrere Anwendungsbereiche
Infolgedessen versucht Icare, das zum finnischen Technologiekonzern Revenio zählt, jetzt eine Hyperspektralkamera für die Detektion von Hautkrebs zu kommerzialisieren. Die Ergebnisse des Projekts werden nunmehr auch von Quest Medical Imaging, einer Tochtergesellschaft von Quest Photonic Devices in den Niederlanden, genutzt, um die Funktionalitäten des bestehenden bildgesteuerten Chirurgiesystems für die Tumorvisualisierung und für die Abbildung des Kreislauf- oder Lymphsystems zu erweitern. Das spanische IT-Servicemanagement-Unternehmen www.ibermatica.com (Ibermática) entwickelte in Zusammenarbeit mit den spanischen Partnern, der Universität Baskenland, der Forschungs- und Technologieorganisation Tecnalia und dem Biosoftware-Unternehmen NorayBio ein klinisches Entscheidungsfindungssystem für die Diagnose und Prognose von Hautkrebs. Die optische Bildgebung kann auch für die Bildgebung im Rahmen der Wirbelsäulenchirurgie genutzt werden. Philips, das Unternehmen bei dem Hofsink tätig ist, entwickelte ein chirurgisches Navigationssystem mit erweiterter Realität. In das System ist Röntgenbildgebung und optische Bildgebung integriert, sodass es eine intuitive Benutzerschnittstelle zur Leitung von Chirurgen während Wirbelsäulenoperationen darstellt. „Das Produkt verschmilzt optische Live-Videos mit präoperativen 3D-Röntgendatensätzen, sodass Chirurgen eine bessere Planung von Eingriffen, Navigation mit chirurgischen Instrumenten und Implantationsgenauigkeit sowie weniger Zeitaufwand für Eingriffe ermöglicht wird“, sagt Hofsink. Im Rahmen einer klinischen Studie setzte ein orthopädischer Wirbelsäulenchirurg 20 Patienten, die hierzu ihr Einverständnis erteilt hatten, 253 Pedikelschrauben mit einer Genauigkeitsrate von 94 % ein. Der französisch-italienische Halbleiterhersteller STMicroelectronics untersuchte die Anwendung hochempfindlicher Bildgebungskomponenten. Die realisierten Demonstratoren haben immenses Potential für die Entwicklung von Geräten im Bereich des gesundheitlichen Wohlbefindens und des Internets der Dinge.
Schlüsselbegriffe
ASTONISH, Hautkrebs, vaskulär, Erkrankung des Nervensystems, Nah-Infrarot- und hyperspektrale Bildgebung, optische Bildgebung, nichtintrusive Diagnose, eingriffsfreie Diagnose, chirurgische Navigation
