Projekt 01FMTHH16
Kardio-vaskuläre Magnetresonanztomographie am bewegten Fetus
Ausgangssituation und Zielsetzung
Kongenitale Herzdefekte und die intrauterine Wachstumsrestriktion gehören zu den häufigsten fetalen Pathologien. Der Goldstandard zur Darstellung des fetalen Herzens ist die fetale Echokardiographie, die jedoch durch verschiedene Faktoren limitiert werden kann. Eine während der Schwangerschaft alternative Bildgebung stellt fetale kardiovaskulären Magnetresonanztomographie dar. Dies erfordert jedoch Synchronisation von Herzbewegung und Bildgebung. Das bei Erwachsenen hierfür gebräuchliche EKG ist aber für die Ableitung des fetalen Herzschlages nicht anwendbar.
Im Rahmen von DFG und EXIST geförderten Projekten wurde eine alternative Trigger Methode auf Basis von Doppler Ultraschall (DUS) entwickelt, deren Zuverlässigkeit jedoch durch zufällige fetalen Bewegungen beeinträchtigt wird.
Im Rahmen des Vorhabens sollte eine Technik auf Basis von Ultraschall entwickelt werden, die eine adaptive Datenerfassung und Auswertung der zufälligen Bewegungen des Feten kompensieren und pathologische Herzsignale eines Feten im MRT analysieren kann.
Vorgehensweise und Methoden
Ein wichtiger Aspekt des Vorhabens war die Untersuchung der aktuellen Probleme der DUS Methode. Hierzu wurden detaillierte Untersuchungen der verwendeten Ultraschallköpfe angestellt und die Empfindlichkeit der Köpfe analysiert und verglichen. In einer umfangreichen Studie wurden verschiedene Bewegungsmuster identifiziert und mit einem Roboter abgefahren, um so ihren Einfluss auf das Verfahren zu untersuchen.
Die Ergebnisse der etablierten Köpfe wurden daraufhin mit neu entwickelten Ultraschallköpfen verglichen. Hierbei wurden Köpfe mit gezielter Ansteuerung einzelner Piezos sowie deformierbare Ultraschall-„matten“ und deren Kombination betrachtet.
Parallel wurde der Einfluss von respiratorischer Bewegung durch die Mutter auf das Signal betrachtet. Ein neues modellbasiertes Verfahren wurde eingesetzt, um in realitätsnahen Simulationen mit einem Roboter respiratorische Bewegungen von fetaler Bewegung zu differenzieren.
Ergebnisse
Die Vermessung der Ultraschallfelder ergab starke Inhomogenitäten. Während eine gezielte Ansteuerung der Piezos geeignet ist, diese zu reduzieren, hat sich die technische Umsetzung als problematisch erwiesen. Insbesondere die Ansteuerung und Abschirmung der verschiedenen Datenleitungen im MRT ist problematisch.
Bei dem veränderlichen US-Feld der Matten konnte die Bildung von Fokuspunkten nicht ausgeschlossen werden, so dass diese für eine Anwendung beim Menschen nicht praktikabel erscheinen.
Stattdessen wurde in einem weiteren Projekt in Kooperation mit Frauenhofer-Institut ein neuartiger US-Kopf mit singulärem übergroßen Piezo entwickelt. Das Ziel dieser Entwicklung war es ein homogenes Ultraschallfeld zu generieren und damit ein stabileres Signal zu gewährleisten.
In einer roboterbasierten Bewegungssimulation konnte verlässlich respiratorische und fetale Bewegung mit den entwickelten Verfahren unterschieden werden.
Beteiligte
Dr. Fabian Kording
Projektleitung
Klinik und Poliklinik für Diagnostische und Interventionelle Radiologie
UKE
Prof. Dr. Gerhard Adam
Klinik und Poliklinik für Diagnostische und Interventionelle Radiologie
UKE
Sven Antoni, M.Sc.
Projektleitung
Institut für Medizintechnische und Intelligente Systeme
TUHH
Prof. Dr. Alexander Schlaefer
Institut für Medizintechnische und Intelligente Systeme
TUHH
Drittmittelprojekte und Drittmittelanträge
Erfolgreiche Anträge
- Bundesministerium für Wirtschaft und Energie
Projektträger Jülich; Kennzeichen: 03THW02K10; Weiterentwicklung eines MRT kompatiblen Doppler Ultraschall System für die Aufnahme der fetalen Herzaktion; Zeitraum: 01.11.2019 – 31.10.2020; Summe: 69.937,00 € - Hamburg Innovation
Call for Transfer; Kennzeichen: C4T C-2019-01; Verwertung des Schutzrechtes UKE 227: MRT kompatibles Doppler Ultraschall System für die Aufnahme der fetalen Herzaktion; Summe: 30.000 €
Eingereichte Anträge
- Deutsche Forschungsgesellschaft (DFG)
Fetale 4D Fluss MRT zur Evaluation angeborener Herzfehler mittels MRT-kompatiblem Doppler-Ultraschall-Sensor; Zeichen: SCHO 1564/1-3 | BA 5893/4-3
Publikationen
- 1. Masterarbeit Max Neidhard, TUHH, Modelling and experimental Analysis of Ultrasound Fields to improve Transducer Design for Doppler Ultrasound Guidance in fetal cardiac MR Imaging
- 2. Antoni, Sven-Thomas; Lehmann, Sascha; Neidhardt, Maximilian; Fehrs, Kai; Ruprecht, Christian; Kording, Fabian et al. (2018): Model checking for trigger loss detection during Doppler ultrasound-guided fetal cardiovascular MRI. In: International journal of computer assisted radiology and surgery 13 (11), S. 1755–1766. DOI: 10.1007/s11548- 018-1832-5.
- 3. Schoennagel BP, Yamamura J, Kording F, Fischer R, Bannas P, Adam G, et al. Fetal dynamic phase-contrast MR angiography using ultrasound gating and comparison with Doppler ultrasound measurements 2019.
- 4. Tavares de Sousa M, Hecher K, Yamamura J, Kording F, Ruprecht C, Fehrs K, et al. Dynamic fetal cardiac magnetic resonance four chamber view imaging using Doppler ultrasound gating in the normal fetal heart and in congenital heart disease: comparison to fetal echocardiography. Ultrasound Obstet Gynecol 2018.