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23.11.2021
MedTech aktuell
Vor 125 Jahren hat Wilhelm Conrad Röntgen die nach ihm benannten Strahlen entdeckt. Die daraus entwickelte Möglichkeit zur Durchleuchtung des menschlichen Körpers ermöglichte in kurzer Zeit gravierende Fortschritte in der Medizin – die sich bis heute in der elektromedizinischen Technik fortsetzen.
Nicht nur bildgebende Verfahren wie das Röntgen, die Ultraschalldiagnostik, die Magnetresonanztomographie oder die Nuklearmedizin haben die Medizin revolutioniert. Immer wieder entstehen neue oder verbesserte Methoden zur Diagnose und auch zur Behandlung von Krankheiten, etwa die Hochfrequenz-Chirurgie, die künstliche Narkose oder die künstliche Beatmung von Notfallpatienten und Überwachung von Vitalparametern bei Intensivpatienten. Grundsätzlich gilt, dass eine Krankheit umso besser behandelt werden kann, je früher sie erkannt wird. In vielen Fällen ist eine schnelle und genaue Diagnose die Voraussetzung für eine effektive Therapie und Heilung des Patienten.
Auf dieser Seite werden in unregelmäßigen Abständen Neuigkeiten aus der elektromedizinischen Technik vorgestellt, um damit neue Anwendungen technischer Verfahren sowie ihren Nutzen für die medizinische Versorgung und die Patienten zu veranschaulichen. Wir richten den Blick damit hinter die „Technologie-Kulissen“, um besser zu verstehen, was innovative Medizinprodukte und darauf basierende Methoden möglich machen.
Neues aus der elektromedizinischen Technik
Mammografie: Immer bessere Bildauswertung für frühe und sichere Diagnose
Jedes Jahr ist im Oktober „Breast Cancer Awareness Month“. Im Rahmen dieses internationalen Monats wird weltweit auf die Erkrankung mit Brustkrebs aufmerksam gemacht. In Deutschland ist Brustkrebs die häufigste krebsbedingte Todesursache bei Frauen. Jährlich erkranken in Deutschland etwa 69.000 Frauen an Brustkrebs. Deshalb spielt die Brustkrebs-Früherkennung eine so bedeutende Rolle.
Je früher ein Tumor in der Brust entdeckt wird, umso besser sind die Chancen für eine erfolgreiche Therapie. Für die Mammografie, die Röntgenuntersuchung der weiblichen Brust, werden spezielle Röntgengeräte eingesetzt. Durch den technischen Fortschritt in den vergangenen Jahren haben sich die Möglichkeiten deutlich verbessert, einen Tumor bereits früh zu erkennen. Für die Untersuchung muss die weibliche Brust flach zusammengedrückt werden, damit das Gewebe gleichmäßig untersucht werden kann. Dabei wird die Brust aus zwei verschiedenen Winkeln kurz mit Röntgenstrahlen durchleuchtet. Schon seit einigen Jahren werden keine Röntgenfilme mehr verwendet, um die Aufnahmen aufzuzeichnen, sondern digitale Detektoren. Damit gehören schlecht belichtete Röntgenfilme der Vergangenheit an und die Aufnahmen stehen sehr viel schneller für die Untersuchung durch den Radiologen zur Verfügung.
Tomosynthese: Mehr Aufnahmen für weniger Risiko
Dadurch, dass bei einer Mammografie mehrere Schichten von Gewebe der Brust übereinander liegen, wenn sie von den Röntgenstrahlen durchleuchtet werden, konnten bisher kleine Tumore durch darüber liegendes Gewebe verdeckt und nicht bemerkt werden. Die Kompression der Brust bei der Aufnahme und die Durchleuchtung aus zwei Winkeln reduzieren dieses Risiko, aber es konnte nicht ganz ausgeschlossen werden. Mit dem Verfahren der Tomosynthese steht aber inzwischen ein neues technisches Mittel zur Verfügung, das dieses Risiko weiter minimieren kann. Dabei wird die Brust aus mehr als zwei Winkeln durchleuchtet. Je nach Gerät werden so von der untersuchten Brust nicht nur zwei Aufnahmen, sondern etwa zehn bis 25 Aufnahmen erstellt – jede einzelne Aufnahme wird mit einer sehr geringen Dosis an Röntgenstrahlen durchgeführt. In der Summe ist die Strahlendosis bei dieser Untersuchung nicht höher als bei der Untersuchung aus zwei Winkeln. Mit Hilfe von Computern wird bei der Tomosynthese aus diesen verschiedenen Bildern ein Schichtbild der Brust errechnet, wie es ähnlich auch bei einer Computertomografie entsteht. Der Radiologe kann die einzelnen Schichten getrennt voneinander betrachten. Auch kleine Veränderungen im Gewebe der Brust sind dann leichter zu erkennen.
KI unterstützt immer öfter bei Bilddatenauswertung
Bei dieser Art der Untersuchung entstehen deutlich mehr Bilddaten als bei einer konventionellen Mammografie mit zwei Durchleuchtungswinkeln. Deshalb werden die Radiologen, die die Aufnahmen begutachten, immer öfter auch durch Software mit Künstlicher Intelligenz unterstützt. Diese Software trifft selbst keine Diagnose, sondern macht den Arzt auf Stellen in den Röntgenaufnahmen aufmerksam, die er besonders prüfen sollte. Beim Mammografie-Screening wird zusätzlich jede Aufnahme von zwei speziell ausgebildeten Radiologen jeweils einzeln und unabhängig bewertet.
Durch das neue Verfahren kann die Mammografie jetzt noch besser zu einer schnellen und sicheren Diagnose von Brustkrebs beitragen. Für die Vorsorge im Rahmen des Mammografie-Screenings ist das eine zusätzliche Unterstützung.
Mobile Röntgengeräte: Von der Entdeckung der Röntgenstrahlung hin zu moderner intraoperativer Bildgebung
Ein mobiles C-Bogen-Röntgengerät (mobiler C-Bogen) ist ein bildgebendes Medizingerät, das auf Röntgentechnologie beruht. Es ist auf Rollen beweglich und kann deshalb flexibel in mehreren Räumen einer Klinik eingesetzt werden. Der Name ist auf den C-förmigen Bogen zurückzuführen, über den die Röntgenquelle und der Röntgendetektor fest miteinander verbunden sind. Im Vergleich zu den ersten Röntgengeräten nach der Entdeckung der Röntgenstrahlen ist der technische Fortschritt seitdem deutlich sichtbar. Dennoch würde auch Prof. Röntgen einen C-Bogen von heute noch als Röntgengerät erkennen.
Vom Spezialisten zum „Universalgenie“
Bei der Einführung des ersten C-Bogens im Jahr 1955 waren die Geräte fast ausschließlich auf die Darstellung von Knochen beschränkt. Inzwischen können die Geräte aber sehr viel mehr. Sie haben sich zu einem universell einsetzbaren System zur Bildgebung während Operationen und anderen Eingriffen weiterentwickelt. Die modernen Geräte sind nicht länger einfache Röntgengeräte, die von Orthopäden und Unfallchirurgen nach Unfällen eingesetzt werden. Mit der technischen Ausstattung von heute (u. a. 3D-Datengewinnung, Echtzeit-Bildverarbeitung, vollmotorisierte Bewegungsachsen) nehmen die mobilen C-Bögen eine tragende Rolle bei der Röntgenbildgebung im OP und der Notaufnahme ein. Mobile C-Bögen erlauben damit den „Blick in den Körper“ – wie es Wilhelm Conrad Röntgen vor 125 Jahren formuliert hat.
Mehr Kontrolle im OP
Und auch in anderen klinischen Fachbereichen sind die mobilen Bildgebungssysteme nicht mehr wegzudenken: Mediziner etwa aus der Gefäßchirurgie oder der Kardiologie setzen C-Bögen für die Bildgebung während ihrer Operationen und Eingriffe ein, um hochauflösende Röntgenbilder in Echtzeit zu erhalten. Der Arzt kann so den Behandlungserfolg zu jedem Zeitpunkt des Eingriffs prüfen und sofort Korrekturen vornehmen, wenn es notwendig ist.
Insbesondere die Fähigkeit moderner mobiler C-Bögen, Röntgenbilder auch in 3D-Darstellung zu liefern, sorgt für eine Verbesserung der Kontrollmöglichkeiten während der OP, und ermöglicht, den eigentlich postoperativen CT-Scan bereits im OP-Saal durchzuführen.
Dies bietet Chirurgen mehr Sicherheit und führt zu besseren Behandlungsergebnissen, da beispielsweise die Lage von Implantaten noch während der Operation bewertet werden kann. Zudem helfen die Geräte dabei, Folgeoperationen zu vermeiden.
Zusätzliche Unterstützung während der Anwendung der C-Bögen bieten innovative Navigationssysteme, die – verbunden mit dem Gerät – die Position und Bewegung von Instrumenten im rekonstruierten 3D-Röntgen-Schnittbild einblenden. Viele Eingriffe können so minimal invasiv vorgenommen werden, d. h. der Körper des Patienten muss nur minimal geöffnet werden, der Chirurg kann aber dennoch die Operationsstelle direkt sehen.
Potenzial noch nicht ausgeschöpft
Neben der Bündelung von 2D- und 3D-Funktionen und der Navigationsanbindung gewinnt inzwischen auch die Integration roboterassistierter Chirurgiesysteme im OP immer mehr an Bedeutung. Solche neuen Kombinationen, die konstante technische Verbesserung im Bereich der mobilen Bildgebung sowie neue klinische Anwendungsfelder können den Anwendungsbereich von C-Bogen-Geräten in Zukunft sicher noch erweitern. Auch 125 Jahre nach der Entdeckung scheint damit das Potenzial der Röntgenstrahlen in der Medizin noch nicht endgültig ausgeschöpft.
Erweitertes Einsatzgebiet von CT durch technische Möglichkeiten zur Dosisreduzierung
25 Prozent der neuen Krebserkrankungen weltweit sind Tumore in der Lunge. Auch heute noch wird Lungenkrebs meistens zu spät erkannt. Bei einer frühen Diagnose gibt es aber gute Aussichten auf erfolgreiche Behandlung. Computertomographie unterstützt dabei effektiv und sicher. Aber die Methode kann noch viel mehr: Sie hilft bei der Erkennung von Covid-19-verursachten Lungenerkrankungen.
Wie funktioniert eine Computertomographie?
Seit gut 50 Jahren erlaubt die Computertomographie eine andere Art von Röntgenuntersuchungen als dies mit normalen Röntgengeräten möglich ist. Im Gegensatz zu einer normalen Röntgenaufnahme erstellt die CT eine überlagerungsfreie Darstellung der Körperstrukturen. Außerdem können Gewebearten, die Röntgenstrahlung unterschiedlich stark abschwächen, dargestellt werden. Das war bis zur Entwicklung der CT mit normalen Röntgengeräten nur sehr eingeschränkt möglich. Dazu rotieren die Quelle der Röntgenstrahlen und der Detektor, der sich gegenüber der Quelle befindet, kreisförmig um den Körper des Patienten. Herauskommen Schnittbilder des untersuchten Bereiches, in Form von wenige Millimeter breiten Querschnittsbildern.
Die CT-Geräte und die Möglichkeiten zum Einsatz der Geräte haben sich dabei in den letzten 50 Jahren permanent weiterentwickelt. Es ist möglich geworden, immer größere Teile des Körpers schrittweise zu erfassen, z. B. den ganzen Brustraum in einer einzigen Untersuchung. Außerdem können mit Hilfe von Computern inzwischen auch dreidimensionale Bilder des Skeletts oder eines Organs erstellt werden. Damit sind nun auch sehr genaue Untersuchungen der Lunge möglich, denn die Schnittbilder können aus verschiedenen Perspektiven detailliert betrachtet werden.
CT verwendet Röntgenstrahlung. Es handelt sich dabei um sogenannte ionisierende Strahlung. In hoher Dosis und häufiger Anwendung ist sie für Menschen potenziell schädlich. Deshalb wird vor jeder Röntgen- oder CT-Untersuchung eine Risikobewertung durch den Radiologen angestellt.
Kleine Dosis mit großem Nutzen: Low-Dose-CT-Untersuchungen
Es gibt mittlerweile aber auch medizinische und technische Möglichkeiten, die Dosis an Röntgenstrahlung während der Untersuchung zu reduzieren. Das ist gerade bei Untersuchungen des sehr empfindlichen Lungengewebes von Bedeutung. Durch den technischen und medizinischen Fortschritt der letzten Jahre sind inzwischen auch CT-Aufnahmen der kompletten Lunge gut durchführbar, wenn die Möglichkeiten zur Dosisreduzierung so weit wie möglich ausgenutzt werden. Dann spricht man von einer Low-Dose-CT-Untersuchung. Die Lunge wird dabei dank bestimmter technischer Ausstattungen moderner Geräte zur CT, wie der „iterativen Rekonstruktion“, mit nur etwa einem Fünftel der sonst nötigen Dosis untersucht (daher low dose) – und die Risiken so minimiert.
Dass ein Screening mit einer Computertomographie (CT)-Untersuchung mit niedriger Dosis von Röntgenstrahlen (Low-Dose-CT-Screening) bei Lungenkrebserkrankungen effektiv sein kann, konnte die große, randomisierte National Lung Screening Trial-Studie (NLST) in den USA zeigen. Experten sind sich einig, dass ein Lungenkrebs-Screening für eine klar definierte Risikogruppe sinnvoll ist und mit weiteren Angeboten, wie einer Raucherentwöhnung, kombiniert werden muss.
CT lässt Covid-19-Erkrankung der Lunge erkennen
Der Nutzen einer CT-Untersuchung der Lunge hat sich auch während der Corona-Pandemie gezeigt. Mit dieser Untersuchungsmethode kann sicher entschieden werden, ob eine Lungenerkrankung durch einen Virus verursacht wurde oder nicht. Damit können Patienten, die an einer Covid-19-Erkrankung leiden, sicher von anderen Patienten unterschieden werden, die unter ähnlichen Atemproblemen leiden. Die CT-Untersuchung der Lunge ist nur zur ergänzenden Klärung einer Covid-19-Erkrankung der Lunge geeignet. Sie kann die Laboruntersuchung zum Nachweis des SARS-Cov2-Virus nicht ersetzen. Für die Behandlung der Patienten liefert die Lungen-CT aber wichtige Erkenntnisse – und zeigt, dass es immer neue Einsatzmöglichkeiten medizinischer Technik zum Wohle von Patienten gibt.
Ultraschalldiagnostik zur Verlaufskontrolle von Covid-19-Patienten
Ein signifikanter Anteil aller Covid-19-Erkrankten wird intensivmedizinisch behandelt. Grund dafür ist meist eine Lungenentzündung, die durch das Coronavirus ausgelöst wird. Sie kommt schleichend, bleibt lange unbemerkt, kann dann aber innerhalb von wenigen Stunden zu schweren Atemproblemen führen, die eine sofortige Behandlung auf der Intensivstation erfordern. Die bisherigen Erfahrungen zeigen, dass der Lungenultraschall dann ein unverzichtbares Überwachungsinstrument für die kontinuierliche und schnelle Verlaufskontrolle der Schwerkranken darstellt.
Wie funktioniert eine Untersuchung mit Ultraschallsystemen?
Bei einer Untersuchung mit Ultraschall wird mithilfe von Schallwellen das Körperinnere sichtbar gemacht. Die Untersuchung ist dabei vollkommen schmerzfrei, lautlos und ohne Risiken für den Patienten. Um Ultraschalldiagnostik zu verstehen, lohnt sich ein kleiner Ausflug in die Physik und die Welt des Schalls. Schallwellen oberhalb des für Menschen hörbaren Frequenzbereiches nennt man Ultraschall. Schallwellen sind Materiewellen. Das bedeutet, die Moleküle oder Atome einer Materie schwingen in der Richtung, in die sich der Schall ausbreitet. Diese Eigenschaft macht man sich bei Ultraschalluntersuchungen zunutze. In einem Ultraschallgerät wird Ultraschall mit Hilfe von elektrischen Kristallen erzeugt. Diese schwingen bei einer elektrischen Wechselspannung im Rhythmus dieser Spannung. Durch die Schwingung entsteht Ultraschall, der über den Schallkopf des Geräts auf den Patienten übertragen wird. Menschliches Gewebe und Organe haben eine unterschiedliche Struktur. Daher werden diese Schallwellen bei ihrem Weg durch den Körper unterschiedlich „zurückgeworfen“. Diese Reflexion nutzt ein kleiner Computer, der im Ultraschallgerät verbaut ist, schließlich zur Errechnung des typischen Bildes, das auf dem Monitor eines Ultraschallgerätes zu sehen ist.
Wie funktioniert die Verlaufskontrolle von Covid-19-Patienten?
Im Schnitt dauert es zehn Tage vom Beginn der ersten Symptome bis zu einer Einweisung auf die Intensivstation. Ein Lungenversagen tritt innerhalb weniger Stunden auf. Die Betroffenen können zum Teil zwischen wenigen Tagen und mehreren Wochen auf der Intensivstation verweilen. Die Veränderungen der Lunge müssen bei diesen Intensivpatienten regelmäßig überprüft werden, um rechtzeitig die richtigen Schritte einleiten zu können. Regelmäßiger Transport und Umlagerung ist bei diesen sehr instabilen Patienten nahezu unmöglich, weshalb zumeist auf eine CT-Bildgebung nicht zurückgegriffen werden kann. Die Ultraschalluntersuchung sichert in diesen Fällen durch ihre mobilen Geräten eine schonendere, kontinuierliche und schnelle Verlaufskontrolle.
Was ist die Besonderheit dieser sonografischen Anwendung?
Die Thoraxsonographie (= Lungenultraschall) ist unkompliziert, dank mobiler Point-of-Care-Geräte direkt am Behandlungsort einsetzbar und kann beliebig oft wiederholt werden.
Die typischen Verdichtungen der Lunge, die bei einer Covid-19-Infektion auftreten, lassen sich zuverlässig erfassen und im Verlauf sonographisch beurteilen. Hierzu kann eine Lungenübersicht, wie sie moderne Geräte bieten, zur schnelleren Entscheidungsfindung hilfreich sein.
Durch einen Lungenultraschall kann der Arzt die Belüftungssituation der Lunge beurteilen, was den Luftaustausch in der Lunge bezeichnet. Ist dieser nicht optimal gegeben, sind auf dem Ultraschallbild sogenannte B-Linien erkennbar (Abb. 2). Durch Veränderung und Optimierung gewisser Parameter (z. B. PEEP (positiver endexspiratorischer Druck bei künstlicher Beatmung), Atemfrequenz, Atemzugvolumen, Lagerungstherapie) kann die Belüftungssituation verbessert und sonographisch weiter überwacht werden.
Das Zusammenspiel aus der klinischen Symptomatik (offen auftretende Symptome, wie z. B. Husten oder Atemnot) und den erfassten, sonographischen Befunden ermöglicht eine verbesserte Einschätzung des Zustands des Patienten sowie von Therapieoptionen, um den Verlauf der Erkrankung positiv zu beeinflussen.
Bei Bedarf kann die Sonographie auch bei Eingriffen zum Beispiel zur Anlage von Pleuradrainagen (um Luft oder Flüssigkeiten abzusaugen) oder zentralen Gefäßzugängen am Intensivbett eingesetzt werden.
Nuklearmedizin für die sichere Diagnose einer Parkinson-Erkrankung
Der Morbus Parkinson, auch bekannt als Parkinson-Erkrankung, ist eine Störung des Nervensystems, die u. a. zu starkem Zittern führt und die Patienten bei vielen alltäglichen Bewegungen oder Verrichtungen behindert oder diese sogar unmöglich macht. Mithilfe einer speziellen nuklearmedizinischen Untersuchung kann mit höchst möglicher Wahrscheinlichkeit die Diagnose eines Morbus Parkinson ausgeschlossen oder gestellt werden.
Was ist eine nuklearmedizinische Untersuchung?
Die Nuklearmedizin ist ein Teilgebiet der medizinischen Diagnostik, das mit chemischen Zerfallsstoffen, sogenannten Radiopharmaka, arbeitet. Sie werden zusammen mit einem speziellen medizinischen Gerät, wie beispielsweise einer sogenannten Gamma-Kamera, eingesetzt. Die Radiopharmaka werden dem Patienten verabreicht und geben für eine kurze Zeit eine geringe Strahlung ab. Die Strahlung, die im Körper abgegeben wird, nutzt die Nuklearmedizin zur Untersuchung von Organen und Veränderungen im Körper, die sonst nicht möglich ist. Bei dem Zerfallsprozess wird bei einigen Radiopharmaka sogenannte Gamma-Strahlung frei, die von der Gamma-Kamera erfasst und gemessen wird. Die radioaktiven Stoffe sind für die Patienten ungefährlich. Es sind sehr kurzlebige und niedrig dosierte radioaktive Substanzen, die innerhalb weniger Stunden zerfallen und dann nicht mehr strahlen.
Wie funktioniert die Diagnose von Parkinson mit Nuklearmedizin?
Durch Darstellung der präsynaptischen Dopaminrezeptoren kann die neurologische Erkrankung Morbus Parkinson bildgebend von anderen Krankheitsbildern mit ähnlichen Symptomen, zum Beispiel einem starken Zittern ohne klare Ursachen oder einem durch Einnahme von Medikamenten verursachten Parkinson, unterschieden werden. Bei unklaren neurologischen Symptomen, wie z. B. Zittern, allgemeine Bewegungseinschränkung, insbesondere auch der Gesichtsmuskulatur, Gangunsicherheit, unklarem Schwindel wie auch bei fehlendem Ansprechen auf eine Parkinsonmedikation, wird diese nuklearmedizinische Untersuchung deshalb empfohlen. Insbesondere dann, wenn eine Kernspintomographie (MRT) des Gehirns keinen klaren Befund erbracht hat, kann eine solche nuklearmedizinische Untersuchung die Diagnose eines Morbus Parkinson sichern oder ausschließen. Bei dieser speziellen Untersuchung wird der Stoff Iod-123 Ioflupan als Radiopharmazeutikum eingesetzt.
Was ist neu und für Patienten von Vorteil?
Seit Frühjahr 2020 gibt es neben der bewährten niederländischen Produktionsstätte in Eindhoven auch in Deutschland eine Produktionsanlage für Iod-123 Ioflupan für nuklearmedizinische Zwecke. Abhängig von der Halbwertszeit ist ein Radiopharmakum nach wenigen Stunden oder Tagen nicht mehr radioaktiv bzw. gibt keine relevante Strahlung mehr ab und kann dann auch nicht mehr für die medizinische Diagnostik verwendet werden. Es ist deshalb wichtig, dass Radiopharmaka nicht über lange Zeit und weite Strecken transportiert werden müssen. Da Iod-123 eine Halbwertszeit von 13 Stunden hat, kann dieses Verfahren zur Diagnostik des Morbus Parkinson in ganz Deutschland in Praxen für Nuklearmedizin und Krankenhäusern mit nuklearmedizinischen Abteilungen auch von dieser neuen Produktionsanlage bezogen werden.
Wird der Verdacht einer Parkinson-Erkrankung schnell und verlässlich bestätigt, kann der Patient zügig die geeigneten Behandlungsmaßnahmen erhalten.