Molekulare Ultraschallbildgebung weiterentwickelt: VDE-Promotionspreis 2013 für RUB-Absolventin

Wenn kleinste Gasbläschen im Körper Aufschluss über Krankheiten liefern sollen, ist äußerste Präzision gefragt. Dr.-Ing. Monica Siepmann hat am Lehrstuhl für Medizintechnik der Ruhr-Universität Bochum ein Verfahren entwickelt, um die Aussagekraft von neuartigen Kontrastmitteln mit Mikrobläschen für die Ultraschallbildgebung zu verbessern. Ihre besondere Leistung würdigte der VDE (Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik) am 27. November 2013 mit einem Preis.

Bildgebung auf molekularer Ebene

„Die Mikrobläschen ‚docken’ sich an krankheitsspezifische Rezeptoren der Blutgefäßwände an“, sagt Monica Siepman. „Wer also weiß, wie viele Bläschen sich wo anlagern, weiß auch, wie viele Rezeptoren es dort gibt“. Diese Erkenntnis erlaubt es wiederum, Krankheitsverläufe und Therapierfolge auf molekularer Ebene genau zu beobachten. So können zum Beispiel bösartige Tumore durch angelagerte Kontrastmittel besser sichtbar gemacht werden. Die 30-Jährige beschreibt in ihrer Doktorarbeit einen Weg, um die Gasbläschen mit einem Durchmesser von nur wenigen Mikrometern exakt zu zählen.

Kontrastmittel und Hintergrund schwer zu trennen

Um die Bläschen erstmals quantifizieren zu können, entschied sie sich für eine altbewährte Technik, den Doppler-Modus. Durch die Ultraschallpulse zerbrechen die Gasbläschen des Kontrastmittels. Der Doppler-Modus interpretiert die Signale, die dabei entstehen, als Bewegung und bildet sie ab. „Die zentrale Herausforderung bestand aber darin, zwischen Kontrastmittel und dem Hintergrund in der Abbildung, also Blutgefäßen und Gewebebewegungen, zu unterscheiden.“

Zu diesem Zweck nutzte Monica Siepmann die Phasenverschiebung im Ultraschallsignal. Zerbrechende Mikrobläschen bewirken eine chaotischere und größere Phasenverschiebung als das Hintergrundrauschen. Die Bochumer Medizintechnikerin entwickelte ein passendes statistisches Signalmodell, mit dessen Hilfe sich Kontrastmittel und Hintergrundsignale deutlich besser als bisher trennen lassen. Das neue Verfahren erprobte sie anschließend auf einem klinischen Ultraschallsystem.

Akzeptanz und Weiterentwicklung

Wichtig für die Akzeptanz dieser neuen Technologie sei sicherlich die weitverbreitete Verfügbarkeit von Ultraschallgeräten: „Ohne zusätzliche Hardware und mit der einfachen Handhabung ist es durchaus realistisch, den technischen Ansatz aus der Testphase in den Alltag von Klinken und Praxen zu bringen“, so Monica Siepmann. An der Entwicklung und Zulassung entsprechender molekularer Kontrastmittel wird bereits gearbeitet. Gut vorstellbar sei auch, die jetzt gewonnenen Erkenntnisse zusätzlich mit einer Durchblutungsmessung einzelner Gefäße zu kombinieren. So könne man in einem weiteren Schritt sowohl molekulare als auch funktionale Informationen gewinnen.

Über den Preis und die Preisträgerin

Dr.-Ing. Monica Siepmann studierte Elektrotechnik und Informationstechnik und promovierte anschließend am Lehrstuhl für Medizintechnik der Ruhr-Universität Bochum zum Thema „Quantitative Molecular Ultrasound Imaging“ in einem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Projekt. Der Bezirksverband Rhein-Ruhr und die Landesvertretung NRW des VDE stiften seit 1993 jährlich den Promotionspreis für Wissenschaftler der Universitäten/Hochschulen Aachen, Bochum, Duisburg-Essen, Dortmund, Hagen, Paderborn, Siegen und Wuppertal für besondere Promotionsleistungen in den Bereichen der Elektrotechnik, Elektronik, Informationstechnik, Informatik und ergänzender Technologien und Wissenschaften.

Weitere Informationen

Prof. Dr.-Ing. Georg Schmitz, Lehrstuhl für Medizintechnik, Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik der Ruhr-Universität Bochum, Tel. 0234/32-27573, E-Mail:

georg.schmitz@rub.de

Meike Klinck, Marketing und Public Relations, Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik der RUB, Tel. 0234/32-22720, E-Mail: meike.klinck@rub.de