Ein wahres Herzensprojekt

Es ist ungefähr so groß wie eine Walnuss und schlägt 130- bis 160- mal pro Minute: das Herz eines Fötus. Um zu erkennen, ob es gesund ist, ist die Ultraschalluntersuchung unentbehrlich. Sie zählt zu den wichtigsten nicht-invasiven Methoden zur Beurteilung des Wachstums eines Ungeborenen und zur Erkennung von angeborenen Fehlbildungen, wie zum Beispiel Herzfehlern.

Die bildliche Darstellung eines solch kleinen Herzens ist aber schwierig und komplex. Noch dazu in einer Qualität, die es einem Arzt oder einer Ärztin ermöglicht, eine effiziente und korrekte Diagnose zu treffen.

Für moderne Ultraschallsysteme müssen daher laufend neue Algorithmen und Komponenten entwickelt werden, um eine bessere Bildqualität und somit bessere Diagnosemöglichkeiten bieten zu können.

Möglichst realistisches Bild simulieren

Ein Projekt soll hier Unterstützung bieten. Im TiMed Center der FH OÖ arbeitet die Linzer Forschungsgruppe ReSSL derzeit gemeinsam mit dem Medizintechnikkonzern GE HealthCare an der Entwicklung eines fötalen Herzsimulators. Seit Jahrzehnten ist die GE HealthCare Austria am Standort Zipf auf medizinische Ultraschalldiagnostik spezialisiert.

Das Projekt der beiden Partner trägt den Namen "Fötaler Herzsimulator zur Entwicklung und Optimierung von Algorithmen für die pränatale Ultraschallbildgebung", abgekürzt geht es leichter von der Zunge: "FHSimApUs". Der Simulator, der dabei entsteht, soll alle relevanten anatomischen Strukturen des kleinen Herzens möglichst realistisch im Ultraschallbild wiedergeben.

Es ist beeindruckend, wenn man sich das Ganze bildlich vorstellt. Der Prototyp, der sich derzeit in der Entwicklungsphase befindet, wird also das schlagende pränatale Herz inklusive umgebender Strukturen wie Bauchdecke und Fruchtwasser darstellen. Verwendet werden dazu gewebe-imitierende Materialien.

Am Simulator testen und optimieren

Durch eine solche realistische Simulation sollen bestehende und neuartige Bildgebungsalgorithmen für den Ultraschall getestet und validiert werden können. "Ein medizinisches Produkt darf natürlich erst am Menschen getestet werden, nachdem es zugelassen wurde", erklärt Harald Weichenberger, Systems Engineering Manager bei GE HealthCare. "Das heißt in diesem Fall aber auch, dass eventuelle Probleme in der Bildgebung oder mit dem Algorithmus erst dann ausgemerzt werden können und man mit einem langen Zeitraum rechnen muss, bis man eine Ultraschallsonde auf sehr gutem Niveau angepasst hat."

Mithilfe des Phantoms (Nachbildung von Körperteilen und Organen) ist es möglich, diese Zyklen zu verkürzen. "Denn bereits beim Arbeiten mit dem Simulator können Problemfelder bearbeitet und Verbesserungen durchgeführt werden." Das Projekt ist im Rahmen der Digitalisierungsinitiative des Landes Oberösterreich entstanden und läuft seit September 2022. Das Enddatum ist mit Ende August 2025 angesetzt.

Komplex: Gewebe imitieren

Dass die beiden Projektpartner gemeinsam etwas Erfolgreiches auf die Beine stellen können, haben sie bereits bewiesen, und zwar mit dem Vorgängerprojekt "SPUSI", auf dem nun aufgebaut wird. Dabei wurden Hunderte Materialien charakterisiert, um herauszufinden, welche sich am besten dafür eignen, Gewebseigenschaften wiederzugeben.

Entwickelt wurden künstliche Körper, in denen sich der Schall exakt so ausbreitet wie in menschlichem Gewebe. Damit wurde die Grundlage geschaffen, komplexere Phantome aufzubauen.

Frühzeitige Erkennung von Fehlbildungen

Das Projekt "FHSimApUs" schafft die Basis, um derartige Simulatoren zukünftig für die medizinische Aus- und Weiterbildung zu entwickeln, und trägt zu einer verbesserten und frühzeitigen Erkennung von angeborenen Fehlbildungen bei.

Denn nach wie vor gibt es klinische Situationen, in denen eine Diagnose per Ultraschall komplex und schwierig ist. Je besser aber die Bildqualität der Geräte, desto einfacher wird es für Ärztinnen und Ärzte, eine richtige und schnelle Diagnose zu stellen.