Bessere Überwachung für Schlaganfallpatienten

Prof. Dr. Tobias Knopp und Dr.-Ing. Matthias Gräser mit dem neuen System, das vor Schlaganfällen warnen kann. (Foto: TUHH/UKE)

Auch Tage nach einem Schlaganfall benötigen Patienten intensive Betreuung, da das Risiko eines erneuten Schlaganfalls oder einer Nachblutung besteht. Ein neuartiges Bildgebungssystem soll bei der Überwachung der Schlaganfallpatienten auf der Intensivstation helfen und für mehr Sicherheit sorgen.

Mit 17 Millionen Fällen pro Jahr weltweit ist der Schlaganfall die zweithäufigste Todesursache. Die häufigste ist dabei eine Durchblutungsstörung im Gehirn. Bei der Diagnose von Gefäßerkrankungen wie Verschlüssen und intrazerebralen Blutungen ist die die Bestimmung der Hirndurchblutung daher sehr wichtig. Auch nach erfolgreicher Diagnose besteht ein hohes Risiko eines erneuten Schlaganfalls oder einer Nachblutung. 

Schneller Klarheit

Helfen soll nun ein neues, diagnostisches tomographisches Bildgebungssystem, das Wissenschaftler der Technischen Universität Hamburg (TUHH) und des Universitätsklinikums Hamburg-Eppendorf (UKE) entwickelt haben. Das diagnostische tomographische Bildgebungssystem (Magnetic Particle Imaging – kurz MPI) ermöglicht die Abbildung der quantitativen Gehirndurchblutung in kurzen Abständen. „Da etwa zwei Millionen Neuronen jede Minute nach einem akuten Schlaganfall sterben, ist die Zeit ein sehr kritischer Faktor für eine erfolgreiche Behandlung. Die Anforderungen an jede diagnostische Bildgebungstechnik sind dabei sehr hoch“, erklärt Studienleiter Dr. Matthias Gräser vom Brücken-Institut für Biomedizinische Bildgebung der TUHH und des UKE. Die Methode müsse daher schnell, leicht zugänglich und benutzerfreundlich sein. 

Platzsparend auf der Intensivstation

Im Gegensatz zu konventionellen Bildgebungssystemen lässt sich das System in ungeschirmten Umgebungen wie auf der Intensivstation einsetzen. „Die Kombination von geringen technischen Anforderungen bei kleinem Bauraum und hervorragendem Bildkontrast ermöglichen es durch diese Technologie eine Lücke in der Versorgung von Schlaganfallpatienten zu schließen“, sagt Prof. Dr. Tobias Knopp, Leiter des Instituts für Biomedizinische Bildgebung der TUHH. Hierdurch ermöglicht MPI die Überwachung von Schlaganfällen auf der Intensivstation.

Das MPI-System ist auf Gehirnanwendungen zugeschnitten und hat eine Bohrungsgröße von 19 bis 25 cm, die einen menschlichen Kopf aufnehmen kann. Die technischen Anforderungen wurden so gering wie möglich gehalten und erfüllen gleichzeitig bereits die Anforderungen an Sensitivität für ein Überwachungsgerät für zerebrale Erkrankungen. Der Scanner benötigt lediglich eine geringe Stellfläche. Das ist notwendig, wenn auf der Intensivstation bereits mehrere lebenserhaltende und überwachende Geräte eingesetzt werden.

 Das System lässt sich direkt am Krankenbett innerhalb der Schlaganfall- oder Intensivstation montieren, sodass eine regelmäßige Überwachung des neurovaskulären Status ermöglicht wird. Basierend auf quantitativen Perfusionskarten und objektiven Kriterien sollen sich zeitaufwändige und riskante Computertomographie(CT)- und Magnetresonanztomographie (MRT) -Aufnahmen vermeiden lassen. Zudem muss der Patient nicht transportiert werden. Das reduziert das Risiko für den Patienten und reduziert die Arbeitsbelastung für die Klinikmitarbeiter.

Permanente Überwachung

In der Regel werden heute CT und MRT Aufnahmen zur Messung der Gehirnperfusion durchgeführt. Beide Systeme benötigen aufwendig geschirmte Räume, bei der CT aufgrund der radioaktiven Strahlung, bei der MRT aufgrund der starken Magnetfelder. Beide Systeme bieten hervorragende Bilder, sind jedoch für die permanente Überwachung nicht geeignet. Die dadurch entstehende Versorgungslücke für Schlaganfallpatienten konnte bislang nur durch hohen Aufwand des medizinischen Personals in Form von Lähmungskontrollen, motorischen Tests und okularen Reaktionstests geschlossen werden. 

Zudem erfolgt die Bildgebung des Gehirns derzeit wegen der räumlichen Trennung zwischen Intensivstation und Radiologie nur in einem 24 Stunden Intervall oder wenn eine Verschlechterung des Patientenstatus beobachtet wird. Wird der Patient aus Sicherheitsgründen in ein künstliches Koma versetzt und muss beatmet werden, ist der Transport ein komplexer und riskanter Prozess.

Versorgungslücke schließen

Diese Versorgungslücke könnte Magnetic Particle Imaging künftig schließen. Die Technologie wurde bereits 2005 von Gleich und Weizenecker in Hamburg an den Philips Forschungslaboratorien entwickelt. 2016 erhielten sie den europäischen Erfinderpreis. Die Technologie basiert auf Eisenoxid-Nanopartikeln, die als Pharmazeutikum in die Blutlaufbahn gespritzt werden. Der Körper baut diese Eisenpartikel in der Leber ab und integriert sie in den Eisenhaushalt des Körpers was sie gut verträglich macht. Die Nanopartikel werden von außen durch mehrere Magnetfelder angeregt und beeinflusst. In diesen Magnetfeldern reagieren die Partikel wie kleine Elementarmagnete und richten sich entlang des Feldes aus. Durch optimierte Empfangssysteme lässt sich dieser Ausrichtungsprozess messen. Aus dem Messdaten kann dann nach einem Rekonstruktionsschritt nicht nur die Konzentration und der Ort der Partikel in einem Bild dargestellt werden, sondern auch Prozesse auf molekularer Ebene wie Temperatur, Bindungszustand oder Viskosität.

 Bislang fehlte jedoch der Nachweis, dass die MPI Bildgebung auch am Menschen anwendbar ist. Diesem Ziel sind das UKE und die TUHH mit der Entwicklung des Systems einen deutlichen Schritt nähergekommen. Die Studie „Human-sized Magnetic Particle Imaging for Brain Applications“ haben die Forscher im Fachmagazin Nature Communications veröffentlicht.