Forscher des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung IPA arbeiten an einem System, das die Dokumentation von Ultraschalluntersuchungen erheblich vereinfachen kann. Mithilfe einer 3D-Kamera und KI-basierter Bildverarbeitung wird automatisch festgehalten, wo und in welchem Winkel eine Ultraschallaufnahme im Verhältnis zum Körper des Patienten gemacht wurde. Damit kann ein zeitaufwändiger und fehleranfälliger manueller Prozess weitgehend automatisiert werden.
In Deutschland werden jährlich mehrere Millionen Ultraschalluntersuchungen durchgeführt. Besonders bei Kindern ist die Sonografie eine häufig genutzte diagnostische Technik, da sie eine Exposition gegenüber Röntgenstrahlung vermeidet. Die Dokumentation von Ultraschallbildern stellt in der Praxis jedoch einen Engpass dar. Wenn Ärzte beispielsweise eine Zyste oder einen Tumor entdecken, müssen sie nicht nur die Anomalie messen, sondern auch manuell festhalten, wo sie sich befindet. Dies geschieht in der Regel, indem die Position der Echo-Sonde auf eine zweidimensionale Piktogrammdarstellung auf dem Bildschirm des Ultraschallsystems übertragen wird.
Dieser manuelle Prozess kostet im Krankenhausalltag viel Zeit, schätzungsweise ein Viertel der Behandlungszeit, und ist zudem anfällig für Ungenauigkeiten. Gerade bei Folgeuntersuchungen kann das problematisch sein, da subtile Unterschiede in der Messposition oder im Winkel die Interpretation der Bilder beeinflussen können.
Automatische räumliche Dokumentation
Im sogenannten SonoMap-Projekt entwickelt das Fraunhofer IPA nun eine Alternative. „Mit einer 3D-Kamera können wir nicht nur automatisch feststellen, wo die Ultraschallaufnahme gemacht wurde, sondern auch in welchem Winkel“, sagt Oliver Gölz, Forscher am Fraunhofer IPA. Seiner Meinung nach macht diese zusätzliche Information einen sichtbaren Unterschied. „Die Seite und der Winkel, aus dem gescannt wird, beeinflussen das Bild. Durch die Einbeziehung dieser Informationen in eine 3D-Visualisierung können Tumoren oder Zysten bei Folgeuntersuchungen schneller und präziser wiedergefunden werden.“
Das System funktioniert wie folgt: Eine 3D-Kamera erkennt die Echo-Sonde und erfasst gleichzeitig die Körperoberfläche des Patienten. Anschließend bestimmen KI-basierte Algorithmen die genaue Position und Orientierung der Sonde. Diese Informationen werden mit einem vereinfachten 3D-Modell des Körpers verknüpft, in dem automatisch angezeigt wird, wo und wie die Aufnahme zustande gekommen ist.
Das Ergebnis ist eine interaktive 3D-Visualisierung, die gespeichert und aus verschiedenen Perspektiven betrachtet werden kann. „Ärzte müssen künftig nur noch die Ultraschallaufnahme speichern; die räumliche Dokumentation wird automatisch generiert“, so Gölz. „Das macht den Prozess schneller und potenziell genauer, sodass mehr Zeit für den Patienten bleibt.“
Der Weg in die Praxis
Laut Fraunhofer IPA gibt es derzeit keine vergleichbaren Lösungen auf dem Ultraschallmarkt. Eine technische Demonstration des Systems ist bereits abgeschlossen. Der nächste Schritt ist eine klinische Studie, für die Gölz und sein Team einen Antrag gestellt haben. Nach deren Abschluss wollen die Forscher mit industriellen Partnern zusammenarbeiten, um die Technologie in bestehende Ultraschallsysteme zu integrieren.
Parallel dazu wird dem Datenschutz Aufmerksamkeit gewidmet. Die Forscher arbeiten daran, sicherzustellen, dass die 3D-Kamera ausschließlich sichere Bilder aufnimmt und Patientendaten angemessen geschützt werden.
Gölz blickt zufrieden auf den bisherigen Fortschritt zurück. „Ich bin besonders begeistert, weil wir mit dieser Technologie direkt auf Probleme aus dem Krankenhausalltag reagieren und die Arbeitsbelastung für Ärzte verringern können.“ Wenn das System sein Versprechen hält, könnte die automatische räumliche Dokumentation ein neuer Standard in der Ultraschalldiagnostik werden, insbesondere in der Kinderheilkunde.
3D-Ultraschall hilft bei Herzoperationen
Auch bei minimalinvasiven Herzoperationen ist eine präzise Bildgebung entscheidend. Philips präsentierte dafür bereits 2023 die VeriSight Pro, eine ultrakleine Ultraschallsonde von nur 3 Millimetern, die am Ende eines Katheters befestigt ist. Über die Blutgefäße kann diese Sonde das Herz von innen live in 2D und 3D abbilden. Das bietet Ärzten ein detaillierteres und zuverlässigeres Bild als herkömmliche Ultraschalluntersuchungen über die Speiseröhre oder den Brustkorb.
Laut Philips hilft die 3D-Bildgebung Ärzten, mit mehr Vertrauen Entscheidungen zu treffen und mehr Patienten zu behandeln. In den Niederlanden wird dieser Ansatz bereits seit längerem bei Kindern mit angeborenen Herzfehlern angewendet. Bei der Entwicklung arbeitete Philips eng mit Ärzten zusammen, sodass die Sonde intuitiv zu bedienen ist und die Interpretation der 3D-Bilder während komplexer Eingriffe unterstützt wird.
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