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Die "Elektronik-4D-Ultraschalltechnologie" wurde in Oberösterreich entwickelt © GE Healthcare
Die "Elektronik-4D-Ultraschalltechnologie" wurde in Oberösterreich entwickelt © GE Healthcare

Kooperationsmeldung

Ultraschall-Innovation erlaubt exakteren Blick in den Körper

14.03.2016

Aus einst zweidimensionalen, für Laien kaum interpretierbaren Ultraschallbildern lassen sich mittlerweile anschauliche 3D-Bilder des Ungeborenen errechnen, die gezielte Diagnosen bereits im Mutterleib ermöglichen. Federführend vorangetrieben wurde diese Entwicklung in den vergangenen Jahrzehnten von der Firma GE Healthcare aus Zipf in Oberösterreich. Für den letzten Technologiesprung - genannt "Elektronik-4D-Ultraschalltechnologie" (e4D) - wurde das Unternehmen für den Staatspreis Innovation nominiert.

Oft haben werdende Eltern großes Interesse daran, schon vor der Geburt einen Blick auf ihren Nachwuchs zu werfen, viel wichtiger ist aber die Frage, ob das Kind auch gesund ist. Ärzte überprüfen daher in regelmäßigen Abständen mittels Ultraschall das Wachstum des Kindes und beobachten die Entwicklung der Organe während der Schwangerschaft.

Dafür werden vor allem im niedergelassenen Bereich großteils Geräte eingesetzt, die Bilder liefern, die zweidimensionalen Schnitten durch den Körper entsprechen. Zustande kommen diese Abbildungen aufgrund der Tatsache, dass von der auf der Körperoberfläche liegenden Ultraschallsonde ausgesandte Schallwellen von verschiedenen Gewebearten darunter unterschiedlich stark reflektiert werden. Aus den ebenfalls mit der Sonde wieder registrierten, zurückkommenden Schallwellen wird schließlich auf einem Monitor ein Bild vom Inneren des Körpers erstellt. Das erlaubt viele diagnostische Anwendungen, auch abseits der Pränataldiagnostik.

Lange Entwicklungsgeschichte

Bereits in den 1960er Jahren entwickelte die oberösterreichische Firma in Kooperation mit einem Wiener Gynäkologen erste Geräte für den medizinischen Einsatz der Ultraschalltechnologie. In den 1970ern stellte das Unternehmen den ersten 2D-Ultraschall-Echzeitscanner vor und Mitte der 1990er folgte die Entwicklung mechanischer 3D-Ultraschalltechnologie. In den Folgejahren stieg man mit unter dem Produktnamen "Voluson" vertriebenen Geräten zum Weltmarktführer in dem Bereich auf.

Der Sprung in Richtung Dreidimensionalität der Bilder wurde einerseits durch das Fortschreiten der Ultraschalltechnologie selbst und der Digitalisierung andererseits möglich, wie Roland Rott, weltweiter Geschäftsführer des Bereichs Women's Health Ultraschall bei GE Healthcare im Gespräch mit APA-Science erklärte. Mit zunehmender Rechenkapazität konnten viel mehr Daten verarbeitet werden, was es mit der Zeit sogar erlaubte, aus unzähligen Einzelbildern auch in Echtzeit dreidimensionale Abbildungen zusammenzusetzen. Die Entwickler führten für bewegten 3D-Ultraschall den Begriff "4D" ein. "Dieser Sprung zur Echtzeit ist bereits mit mechanischen Ultraschallsonden gelungen", sagte Rott.

Technik konnte schlagendem Herz nur ausschnittsweise folgen

Um allerdings analysieren zu können, ob das zur Halbzeit einer Schwangerschaft winzige und in einer hohen Frequenz von 140 bis 170 Schlägen pro Minute schlagende Herz eines ungeborenen Kindes richtig arbeitet, braucht es zwischen zwanzig und dreißig Bilder pro Sekunde, so der Experte. Mit der herkömmlichen, mechanischen Technik sind solche Bildwiederholraten allerdings nicht zu erreichen.

Im mechanischen Schallkopf werden die Kristalle, die für das Aussenden der Wellen zuständig sind, mit einem kleinen Stellmotor sehr schnell bewegt. Das macht den 3D-Effekt erst möglich. "Es ist aber dadurch eingeschränkt, wie schnell sich der mechanische Motor bewegen kann", erklärte Peter Falkensammer, globaler Produktmanager von GE Healthcare.

Flexibilität ohne bewegliche Teile und Markt-Erfolg

"Der letzte Wurf ist jetzt daher elektronisches 4D", erklärte Rott. Im neuen Schallkopf gibt es nun keine beweglichen Teile mehr. "Weil ich den Schallstrahl rein elektronisch im Raum steuern kann, habe ich weniger Einschränkungen und kann auch die Daten schneller aufnehmen", so Rott. Außerdem konnte die Anzahl der Elemente, die die Strahlen aussenden und empfangen, dramatisch erhöht werden. Dementsprechend musste man auch neue Wege beschreiten, was den Umgang mit dieser enormen Datenmenge angeht. Beim Aufbau der Bilder setzt man auf ein eigens entwickeltes Rendering-Konzept, ähnlich dem von Computerspielen, welches eine sehr realitätsnahe Darstellung ermöglicht. Die Entwicklung von e4D hat die Forscher am Standort Zipf insgesamt acht Jahre lang beschäftigt.

Dass man nun dem kleinen Herz beim schnellen Schlagen in höherer räumlicher und zeitlicher Auflösung zusehen kann, ermöglicht es Ärzten beispielsweise, auch bereits beginnende, noch schwer sichtbare Herzfehler einfacher zu erkennen. "Zeichnet sich hier ein Problem ab, kann man heute schon sehr viel medizinisch tun", so Falkensammer. Ein Arzt kann auf Basis eindeutiger Bilder etwa auch entscheiden, ob eine Entbindung in einem Spital mit einer Neugeborenenstation anzuraten ist. Auch eine Unterversorgung durch die Nabelschnur oder gefährliche Verknotungen können einfacher erkannt werden.

Ende 2014 wurde das auf der neuen Technologie basierende Produkt "Voluson E10" vorgestellt. Mittlerweile setzten die Geräte mehr als 1.000 Ärzte weltweit ein. "Das hat voll eingeschlagen", wie es Rott ausdrückte.

Service: APA-Science stellt allwöchentlich jeweils eines der sechs nominierten Unternehmen für den vom Wissenschafts-, Forschungs- und Wirtschaftsministerium vergebenen Staatspreis Innovation vor, der am 29. März von Wissenschaftsminister Reinhold Mitterlehner in Wien verliehen wird: http://science.apa.at/kooperation/Staatspreis

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