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Forscher in Erlangen wollen Hochgeschwindigkeits-Ultraschall und KI-gestützte Bildanalysen so miteinander kombinieren, dass noch bessere Einblicke in das Gehirn von Säuglingen möglich wird.
Bei Säuglingen ist die Fontanelle bekanntermaßen noch nicht verknöchert. Und genau diese Tatsache wollen sich Forscher an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg zu nutze machen – etwa um Schlaganfälle während oder direkt nach der Geburt sowie Asphyxie, ein gefährlicher Sauerstoffmangel bei Neugeborenen, schneller und besser diagnostizieren zu können. Dafür wollen sie Hochgeschwindigkeits-Ultraschallgeräte mit KI-gestützter Bildanalyse kombinieren und mögliche Einsatzgebiete untersuchen. Die Deutsche Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin (DEGUM) fördert das Projekt mit knapp 180.000 Euro.
Denn trotz Fontanelle bilden normale Ultraschall-Geräte die Gefäße im Gehirn oft nicht genau genug ab, als dass die Bilder sich zur Schlaganfall-Diagnose eignen würden. PD Dr. Dr. Adrian Regensburger, Oberarzt in der Kinder- und Jugendklinik am Uniklinikum Erlangen, untersucht daher zusammen mit seinen Kollegen PD Dr. Dr. Ferdinand Knieling und Dr. Gregor Hanslik, ebenfalls Oberärzte in der Kinderklink des Uniklinikums, eine deutlich verbesserte Methode. Bei ihr werden den kleinen Patientinnen und Patienten einige Tropfen Kontrastmittel in die Vene injiziert. Die Flüssigkeit enthält kleine Gasbläschen, jedes so groß wie ein rotes Blutkörperchen. Sie erscheinen im Ultraschall hell.
KI verfolgt die Kontrastmittel-Bläschen
Entsprechend trainierte KI-Verfahren können im Ultraschall-Film einzelne Kontrastmittel-Bläschen erkennen und ihre Reise durch das Gehirn verfolgen. „Dadurch können wir nicht nur die Gefäße sichtbar machen, sondern auch genau analysieren, wo es Verengungen oder Blockaden gibt“, erklärt Regensburger. Um der künstlichen Intelligenz ihre Arbeit zu erleichtern, nutzen die Wissenschaftler zudem Hochgeschwindigkeits-Ultraschallgeräte. Diese zeichnen nicht wie meist üblich zwanzig Bilder pro Sekunde auf, sondern bis zu dreihundert und mehr. Dadurch verändern die Bläschen von Aufnahme zu Aufnahme nur sehr wenig ihre Position. Sie lassen sich daher sehr viel einfacher nachverfolgen.
„Zusätzlich wollen wir in kommenden Studien einen speziellen Schallkopf nutzen, mit dem wir dreidimensionale Bilder erzeugen können“, sagt der Wissenschaftler. „Durch die Kombination dieser Maßnahmen können wir die Gefäße im Gehirn und ihren Zustand in sehr hoher Auflösung analysieren.“ Die Forscher haben kürzlich in der Zeitschrift Stroke veröffentlicht, welches Potenzial diese sogenannte Ultrasound Localization Microscopy hat.
In dem von der DEGUM geförderten Projekt wollen sie das Verfahren noch weiterentwickeln. Außerdem möchten sie untersuchen, inwiefern es sich zur schnellen Diagnose eines Schlaganfalls eignet. „Wir hoffen, dadurch auch früher Behandlungsschritte einleiten zu können, etwa um das verursachende Blutgerinnsel aufzulösen“, erläutert Regensburger.
Mangelversorgung bei Asphyxie erkennen
Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Asphyxie. Die Forscher wollen hier zum Beispiel herausfinden, ob sie mit ihrer Methode jene Hirngebiete sichtbar machen können, die besonders stark unter der Mangelversorgung leiden. Außerdem wollen sie untersuchen, wie das Gehirn auf die Notlage reagiert – ob es beispielsweise die Durchblutung der betroffenen Regionen erhöht und dafür die Versorgung anderer Bereiche herunterfährt. „Uns interessiert in diesem Zusammenhang auch, inwiefern wir aus Mechanismen wie diesen mögliche Therapiemaßnahmen ableiten können, um bleibende Schäden des Gehirns zu verhindern“, sagt der Mediziner.
