Hochgeschwindigkeits-Ultraschallgeräte ermöglichen dank KI-gestützter Bildanalyse hochauflösende Einblicke ins Gehirn von Säuglingen. Forschende der FAU Erlangen-Nürnberg entwickeln nun die Methode weiter, mit Fokus auf Schlaganfälle und Asphyxie bei Neugeborenen. Die DEGUM fördert das Projekt mit 180.000 Euro.
Einige Säuglinge erleiden während oder direkt nach der Geburt einen Schlaganfall, der bisher meist per MRT diagnostiziert wird. Da MRT-Untersuchungen bei Neugeborenen jedoch aufwendig sind und nicht überall verfügbar, könnte die neue Ultraschall-Technologie eine schnelle Erstabklärung und zügige Therapie ermöglichen.
Bei Neugeborenen sind die Schädelknochen noch nicht miteinander verwachsen. Dadurch ist ihr Kopf nicht starr, sondern lässt sich etwas verformen, so dass er besser durch den Geburtskanal gelangen kann. „Die unverknöcherte Region – die Fontanelle – erlaubt es uns, das Gehirn von Säuglingen per Ultraschall zu untersuchen“, erklärt PD Dr. Dr. Adrian Regensburger, Oberarzt in der Kinder- und Jugendklinik am Uniklinikum Erlangen. „Bei Erwachsenen lässt sich dagegen per Ultraschall nur sehr wenig erkennen, weil der Schädel das Gehirn abschirmt.“
Herkömmliche Ultraschallgeräte bilden die Gefäße im Gehirn von Säuglingen oft nicht präzise genug für eine Schlaganfall-Diagnose ab. Daher untersuchen Regensburger und seine Kollegen, PD Dr. Dr. Ferdinand Knieling und Dr. Gregor Hanslik, ebenfalls Oberärzte in der Kinderklink des Uniklinikums, eine verbesserte Methode: Den kleinen Patientinnen und Patienten werden wenige Tropfen Kontrastmittel mit mikroskopischen Gasbläschen - jedes so groß wie ein rotes Blutkörperchen - in die Vene injiziert, die im Ultraschall hell erscheinen.
Die KI verfolgt die Reise der Kontrastmittel-Bläschen durch das Gehirn
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 einer Publikation in der Zeitschrift Stroke, DOI siehe unten, 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.
Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der sogenannten Asphyxie, einem bedrohlichen Sauerstoffmangel nach der Geburt. Die Forschenden wollen zum Beispiel herausfinden, ob sie mit ihrer Methode die 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.