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Mittwoch, 13. Dezember 2017

Medizintechnik

Diagnose per Tricorder

Von Bettina Reckter | 16. Februar 2017 | Ausgabe 07

Gebündeltes Licht verbessert das Erkennen und Behandeln vieler Krankheiten.

L-Medizin (2)
Foto: CBS/Getty Images

Hightech im Einsatz: Captain Kirk (v.l.) vom Raumschiff Enterprise beobachtet genau, wie Schiffsarzt „Pille“ McCoy einen Patienten mit dem Tricorder untersucht. Inwieweit das pelzige Wesen auf Kirks Arm mit dem medizinischen Fall zu tun hat, bleibt noch zu klären.

Der Weltraum – unendliche Weiten. Auf ihrer Mission an Bord des Raumschiff Enterprise werden Captain James T. Kirk und seine Crew immer wieder von den Bewohnern fremder Galaxien angegriffen – und zuweilen schwer verletzt. Dies ruft den Schiffsarzt Leonard McCoy, genannt „Pille“, auf den Plan. Mit seinem Tricorder genannten Universalgerät ermittelt er in Sekundenschnelle berührungslos die Vitaldaten der Patienten sowie Art und Schwere der Verletzung oder Erkrankung – und führt damit nicht selten auch gleich die Behandlung durch.

Licht in der Medizin

Was in der Science-Fiction-Serie „Star Trek“ der 1960er-Jahre spielend einfach gelingt, sollen Ärzte auf Erden auch bald können. Dafür entwickelt derzeit ein irdisches Konsortium mit Förderung des Bundesforschungsministeriums (BMBF) ebenfalls unter der Bezeichnung Tricorder eine Art Licht-EKG. Die Forscher wollen damit berührungslos die Herzfunktion von Patienten prüfen.

„Unser Verfahren arbeitet auf Basis der Laserinterferometrie, mit der sich Objektverschiebungen von weniger als einem Tausendstel Millimeter exakt erfassen lassen“, erklärt Robert Downes von der Getemed Medizin- und Informationstechnik AG in Teltow. Er koordiniert die Forschungsarbeiten, an denen auch das Fraunhofer-Institut für für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung (IOSB) in Karlsruhe und die Polytec GmbH in Waldbronn beteiligt sind.

Die benutzte Variante der Laserinterferometrie, die Laser-Doppler-Vibrometrie, vermag selbst winzigste Bewegungen eines Objekts zu erfassen – beispielsweise den Pulsschlag auf der Haut. Ärzte sehen daran, ob das Herz im richtigen Takt schlägt. Die rein optische Messmethode eignet sich vor allem bei Patienten mit beschädigter oder sehr empfindlicher Haut, also bei Brandverletzungen oder für Frühgeborene. „Normale Körperbewegungen können wir herausfiltern, es wird praktisch nur das Herzsignal erfasst“, so Downes.

Der Clou daran: Die Haut wird mit einem ganz schwachen Laserstrahl beleuchtet, der Sensor selbst kann im Gegensatz zu McCoys Gerät bis zu 1 m vom Patienten entfernt sein. Das kommt den kleinen Patienten zugute, denn konzipiert ist das System zunächst für Frühgeborene im Brutkasten, bei denen das Anbringen von Elektroden zur Überwachung der Herzfrequenz so überaus schwierig ist. Verglichen mit dem klassischen Elektrokardiogramm (EKG), bei dem der Arzt die aufgezeichneten Signale ausdeuten muss, liefert das Laserinterferometer direkt Daten über die mechanische Funktion des Herzmuskels. Damit sind auch schnellere Diagnosen möglich.

Zum Einsatz kommen soll das Verfahren später auch bei älteren Patienten zuhause. „In vertrauter Umgebung wird dann die Herzfunktion quasi nebenbei gemessen. Die Daten des Licht-EKGs gelangen elektronisch zum Arzt, der gegebenenfalls direkt Maßnahmen einleitet“, erklärt Downes.

Licht in der Medizin kann aber noch weit mehr. Es schneidet viel präziser als jedes Skalpell. Zudem kann Laserlicht Gewebe verschweißen. So wird die OP für den Patienten weniger belastend. Und minimalinvasive Eingriffe sind überhaupt erst möglich, seit man miniaturisierte Instrumente zusammen mit einem Kamerasystem und einer Lichtquelle durch winzigste Hautschnitte in den Körper schieben kann.

Die Zukunft liegt bei endoskopischen Eingriffen, die ganz ohne Hautschnitt auskommen. So kann man beispielsweise die Gallenblase entfernen, indem die Instrumente wie bei einer Magenspiegelung durch die Speiseröhre in den Magen geführt werden. Ein kleiner Schnitt im weitgehend schmerzunempfindlichen Magen gibt dann den Zugang zum Bauchraum frei. Und hoch intensiv fokussierte Lasersysteme sind als besonders schonende Methode bei der Behandlung von Prostatakrebs bereits etabliert.

Mit Femtosekundenlasern korrigieren Augenärzte Kurzsichtigkeit. Oder sie bringen gezielte Mikroschnitte in der Augenlinse an, um die Altersweitsichtigkeit zu beheben. Und auch bei schwierigen Fällen von Netzhautablösung übernimmt ein Laser das Anschweißen der Netzhaut.

Zahnärzte tauschen den Bohrer gegen Laser, um Karies zu entfernen. Mit Licht härten sie Kunststofffüllungen aus. Bei Parodontitis ergänzt der Laser konventionelle Behandlungsmethoden. Und selbst eine lästige Wurzelbehandlung beim Zahnarzt wird durch Laserlicht erträglicher.

Auch in der Diagnostik hilft Licht. Zum Beispiel im interdisziplinären Projekt Agadi, bei dem die Wissenschaftler um Fedor Mayorov einen Atemgasanalysator zur Krebsfrüherkennung entwickeln. „Wir nutzen photoakustische Phänomene“, erklärt der Projektkoordinator von der HLS Hypertech Laser Systems GmbH in Lübeck. „Wenn Licht einer bestimmten Wellenlänge die Gasmoleküle aus der Atemluft trifft, macht das ein Geräusch“, sagt er. Mithilfe von Mikrofonen und ausgeklügelten Analysemethoden ließe sich so nichtinvasiv und innerhalb von wenigen Minuten ermitteln, ob ein Patient an Lungenkrebs erkrankt ist. Ein entsprechendes Gerät für Arztpraxen oder Kliniken soll nun mit Unterstützung des BMBF in Zusammenarbeit mit der Werner Hassa GmbH und dem Medizinischen Laserzentrum Lübeck entwickelt werden.

Eine weitere diagnostische Spur beleuchten im wahrsten Wortsinn Forscher im Projekt „KeimOut“. Die Idee ist, die Erreger von Harnwegsinfektionen durch Aufkonzentrieren in einem Mikrofluidikchip wesentlich schneller nachzuweisen, als es mit dem klassischen Anzüchten in der Laborkultur gelingt. Durch Messen und Vergleichen des Brechungsindexes beim Beleuchten mit Laserlicht lässt sich mit nur einigen wenigen Erregern in der Probe eindeutig der Keim bestimmen.

„Wir gehen davon aus, dass unser Gerät schon nach drei Stunden ein verlässliches Ergebnis liefern kann“, erklärt Mahavir Singh von der Lionex GmbH in Braunschweig. Er koordiniert das BMBF-Projekt. Bei Infektionen werden oft voreilig die falschen Antibiotika gegeben, weil der Nachweis des Erregers zu lange dauert. Keim-Out könnte daher der Ausbildung von Resistenzen bei Krankenhauskeimen vorbeugen.

Optische Systeme in der Medizin verzeichnen also bereits ganz beachtliche Erfolge. Ob sie auch Schiffsarzt McCoy beeindrucken können, werden wir allerdings nicht mehr erfahren, denn die Mission der Enterprise wird erst im Jahr 2200 starten.

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