Bilder sind Daten: Eine Perspektive der Brustbildgebung auf ein zeitgenössisches Paradigma

Hintergrund Radiologische Untersuchungen nicht nur als bloße Bilder, sondern als Datenquelle zu betrachten, ist zum modernen Paradigma der diagnostischen Bildgebung geworden. Dieser Perspektivwechsel hat sich besonders in der Brustbildgebung durchgesetzt, ermöglicht er doch, aus der Informatik abgeleitete Verfahren anzuwenden, innovative klinische Anwendungen zu realisieren und bereits etablierte Methoden zu verfeinern. In diesem Zusammenhang sind die Begriffe „bildgebender Biomarker“, „Radiomics“ und „künstliche Intelligenz“ von zentraler Bedeutung. Diese Methoden versprechen nichtinvasive, kostengünstige (z. B. im Vergleich zu Multigen-Arrays), workflow-freundliche (automatisiert, nur eine Untersuchung, sofortige Ergebnisse) und klinisch relevante Informationen. Methoden und Ergebnisse Dieser Artikel wurde als narratives Review zu dem besagten Paradigma im Bereich der Brustbildgebung konzipiert. Der Schwerpunkt liegt auf den Schlüsselkonzepten und wichtigen Schlagworten. Für alle Bereiche der Brustbildgebung werden beispielhafte Studien diskutiert. Schlussfolgerung Die Interpretation von radiologischen Untersuchungen als Datenquelle verspricht eine Optimierung der Behandlung von Brustkrebspatientinnen im Zeitalter der Präzisionsmedizin, weil damit die Diagnose verfeinert und eine individualisierte Behandlung erreicht werden könnte. Kernaussagen:

Neue intraoperative fluoreszenzbasierte und spektroskopische Bildgebungsverfahren in der Viszeralmedizin – Präzisionschirurgie im „Hightech“-OP

Zusammenfassung Hintergrund Die Fluoreszenz-Angiografie (FA) mit Indocyanin-Grün (ICG) und das Hyperspektral-Imaging (HSI) sind neue intraoperative Visualisierungsmöglichkeiten in der Abdominal-, Gefäß- und Transplantationschirurgie. Ziel ist es, damit die postoperative Morbidität und Mortalität im Sinne der Präzisionschirurgie und Patientensicherheit zu reduzieren. In diesem Artikel werden aktuelle Daten und das zukünftige innovative Potenzial der Echtzeit-Bildgebungsmodalitäten hervorgehoben. Methoden Das Prinzip der neuen „Imaging“-Verfahren und deren klinische Anwendungen werden aufgearbeitet mit Blick auf Anastomoseninsuffizienzen, die die folgenschwersten Komplikationen in der gastrointestinalen Chirurgie nach onkologischen Resektionen darstellen. Ergebnisse Während die FA die Gabe eines Fluoreszenzfarbstoffs erfordert, ist HSI völlig kontaktfrei und nichtinvasiv. Beide Methoden können in „Real-Time“-Applikation physiologische Gewebeeigenschaften, zudem die FA auch dynamische Phänomene, erfassen. Die Verfahren dauern nur wenige Sekunden und stören den operativen Ablauf nicht wesentlich. Sie sind hinsichtlich ihrer Aussagekraft für eine mögliche Änderung der operativen Strategie als komplementär zu betrachten. Unsere eigenen Weiterentwicklungen der Modalitäten liegen insbesondere im Bereich der Datenvisualisierung sowie der automatischen Datenanalyse unter Einsatz der künstlichen Intelligenz (KI) und der Miniaturisierung der bisherigen Geräte für einen zukünftigen Einsatz in der Endoskopie, der minimalinvasiven und der roboterassistierten Chirurgie. Schlussfolgerung Insgesamt ist die Zahl der Studien im Forschungsfeld der intraoperativen Bildgebung zurzeit noch sehr limitiert. Ob diese neue Art der Präzisionschirurgie im „Hightech“-OP mit der Kombination aus HSI, FA und Robotik zu einer verbesserten Patientensicherheit durch Minimierung der postoperativen Morbidität und Mortalität führt, muss in weiterführenden multizentrischen Studien evaluiert werden.

Das gestresste Immunsystem und Autoimmunität

ZusammenfassungÜber einen möglichen Zusammenhang zwischen psychologischem Stress, Immunsystem und Autoimmunität wird schon lange debattiert. Erkenntnisse aus der Grundlagen- und epidemiologischen Forschung, die das Verständnis für diesen komplexen Zusammenhang erhöhen werden in dieser kurzen Übersicht zusammengestellt. Zunächst werden bekannte anatomisch-physiologische Grundlagen für einen Zusammenhang zwischen psychologischem Stress und Immunsystem dargestellt. Es wird beschrieben, dass die Interaktion zwischen Gehirn über autonomes Nervensystem und Hormonsystem bis zur Immunzelle mit entsprechenden Rezeptoren für Neurotransmitter und Hormone mittlerweile bis auf die molekulare Ebene gut beschrieben ist. Im Rahmen der akuten Stressreaktion treten charakteristische Veränderungen im Immunsystem auf, die ebenfalls gut dokumentiert sind. In einem zweiten Teil wird dann beschrieben welche Veränderungen im Rahmen einer chronischen Stressbelastung am Immunsystem auftreten können und zuletzt wird diskutiert inwiefern diese Veränderungen auch für pathophysiologische Zustände des Immunsystems, z. B. im Rahmen von Autoimmunerkrankungen, relevant sein könnten. Zusammenfassend führt akuter Stress, im Sinne der optimalen Vorbereitung einer fight&flight Situation, zu einer Steigerung der Immunfunktion v. a. der humoralen Immunität, wohingegen die Auswirkungen von chronischem Stress weniger klar definiert sind und es eher zu einer Immundysregulation mit verminderter basaler Immunfunktion, v. a. der zytotoxischen Funktion aber einer gesteigerten Reaktion nach Aktivierung, v. a. im angeborenen Immunschenkel kommt. Epidemiologische Daten belegen gut, dass chronischer Stress zu einer erhöhten Suzeptibilität für Autoimmunerkrankungen führt. Erste klinische Anwendungen, wie beispielsweise die gezielte neuronale Stimulation des N. vagus sind in Erprobung, für einen breiteren klinischen Einsatz sollten aber die biologischen Netzwerkstrukturen noch besser verstanden werden, um die besten Angriffspunkte zu finden.

Techniken und klinische Anwendungen der MR-Lymphangiografie in Diagnostik und Therapie von Lymphgefäßerkrankungen

ZusammenfassungNeue Methoden der Lymphgefäßbildgebung werden zunehmend in Diagnostik und Therapie von Lymphgefäßerkrankungen eingesetzt. Die Magnetresonanz-Lymphangiografie nimmt dabei als strahlungsfreies und non- bzw. minimalinvasives Verfahren eine zentrale Rolle ein. Es stehen verschiedene Techniken zur Verfügung, die Informationen sowohl über Anatomie als auch Funktion des peripheren und zentralen Lymphgefäßsystems liefern können. Damit trägt die Magnetresonanz-Lymphangiografie insbesondere in der Differenzialdiagnostik und in der Therapieplanung von Patienten mit Lymphödemen, Lymphgefäßleckagen und komplexen Lymphgefäßanomalien zur Ermöglichung einer zielgerichteten, minimalinvasiven und insbesondere individualisierten Therapie betroffener Patienten bei. Im Folgenden soll ein Überblick über den aktuellen Stand der MR-Lymphangiografie als neue Methode zur Untersuchung von Patienten mit Lymphgefäßerkrankungen gegeben werden, diese in das Spektrum anderer verfügbarer Bildgebungsmethoden eingeordnet und mögliche klinische Indikationen aufgezeigt werden.

Künstliche Intelligenz in der Gastroenterologie

Was ist neu? Maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz Künstliche Intelligenz (KI) verändert derzeit alle Bereiche unseres Lebens- und Arbeitsalltags. Die Welt der Medizin ist hiervon nicht ausgenommen. Eine Kernmethode der künstlichen Intelligenz – künstliche neuronale Netzwerke – ist besonders effektiv im Analysieren von Bilddaten. Dies beeinflusst auch die Gastroenterologie wesentlich. Klinische Anwendungen Insbesondere endoskopische, radiologische und histologische Bilder können mittels künstlicher neuronaler Netzwerke automatisch analysiert werden. Einerseits können dadurch repetitive Tätigkeiten automatisiert werden, beispielsweise die Suche nach Polypen in der Screening-Koloskopie. Andererseits ermöglicht dies jedoch auch die Erkennung von subtilen Mustern in Bilddaten, welche als neuartige Biomarker für klinische Verläufe genutzt werden könnten. Ausblick Das Angebot kommerzieller KI-Systeme wird in Zukunft deutlich zunehmen. Wichtig ist die Ausbildung interdisziplinärer Forscherinnen und Forscher, das Vorhandensein standardisierter Datenbanken und das frühzeitige Heranführen der Ärztinnen und Ärzte an die komplexen KI-Anwendungen.

Was kommt nach dem traditionellen EEG?

Die stürmische Entwicklung im Bereich Elektronik und Computertechnik sowie die Digitalisierung geht auch an der Neurophysiologie nicht vorbei und ermöglicht für das EEG neue Anwendungsfelder und Analyseverfahren. Das aktuelle Heft stellt dazu exemplarisch einige Ansätze vor, die die enorme Aufweitung der EEG-Nutzung sowohl für unmittelbare klinische Anwendungen als auch für das Verständnis der Hirnfunktion demonstrieren.

Die Entdeckung des Insulins

Zusammenfassung. Die Initiative für die Arbeiten, welche in Toronto 1921 zur Entdeckung des Insulins führten, ging von Frederik G. Banting aus. Er arbeitete unter der Leitung von John J. R. Macleod im Institut für Physiologie der Universität Toronto. In seinem Versuchsprogramm unterstützte ihn der Student Charles H. Best. An Hunden mit experimentellem Diabetes demonstrierten sie den blutzuckersenkenden Effekt von Pankreasextrakten. Dank Zusammenarbeit mit Macleod und James B. Collip, einem Biochemiker der Universität Alberta, der in Toronto ein Sabbatical absolvierte, waren die Arbeiten rasch von Erfolg gekrönt und erste klinische Anwendungen der Extrakte wurden anfangs 1922 möglich. Bereits 1923 erhielten Banting und Macleod den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin. Banting teilte seine Hälfte des Preises mit Best, während Macleod seine Hälfte mit Collip teilte. Dass gerade ihre Untersuchungen von Erfolgt gekrönt waren, dürfte zu einem grossen Teil auf Bantings Fähigkeiten als Chirurg, Bests Enthusiasmus als Student, Collips Fähigkeiten als Biochemiker und Macleods Umsicht, die Gruppe zusammenzubringen und mit den notwendigen Ressourcen auszustatten, zurückzuführen sein. In den nächsten zwei Jahrzehnten wurden erste Depotinsulinpräparate verfügbar. In den 1950er Jahren gelangen in der Insulinforschung wichtige Fortschritte, welche die weitere Forschung in der Diabetologie beflügeln sollten. Dies betraf zum einen die Klärung der Insulinstruktur und zum andern die Möglichkeit der Insulinmessung im Blut. Diese beiden Entdeckungen wurden mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet (siehe Kasten 1). In den 1960er und 70er Jahren entwickelten die Insulinhersteller immer bessere Reinigungsmethoden, die schliesslich zu Präparaten mit sehr guter Verträglichkeit und nur sehr seltenen Allergien führten. Später, in den 1980er Jahren, führte die Möglichkeit der biotechnologischen Herstellung von Insulin zu einer immer stärkeren Verbreitung des Humaninsulins. Auf der Grundlage derselben Technologie wurden in den 1990er Jahren und dann im neuen Jahrtausend Insulinanaloga hergestellt, die sozusagen als «Designer-Insuline» neue, klinisch interessante Wirkprofile ermöglichten. Die heutige Vielfalt der verfügbaren Insuline, moderne Formen der Insulinapplikation (Insulinpens, Insulinpumpen) sowie die Blutzuckerselbstkontrolle beziehungsweisen das kontinuierliche Glukosemonitoring bilden heute die Grundlage der modernen intensivierten Insulintherapie.

Big Imaging Data: Klinische Bildanalyse mit Radiomics und Deep Learning

ZusammenfassungRadiomics ist eine Methode der medizinischen Bildanalyse, bei der quantitative Merkmale aus Bilddaten extrahiert und mittels Machine Learning zu prädiktiven Modellen weiterverarbeitet werden. Ziel dieser Arbeit ist es, die technischen Grundlagen von Radiomics und mögliche klinische Anwendungen unter besonderer Berücksichtigung nuklearmedizinischer Daten zu erläutern. Dabei wird zunächst die klassische Radiomics-Methode besprochen, welche auf einer exakten Segmentierung der zu analysierenden Pathologie beruht und bei der die Features manuell definiert werden müssen. Anschließend wird auf das noch wenig verbreitete, allerdings vielversprechende Deep Learning basierte Radiomics eingegangen, dessen Vorteile darin liegen, dass ausschließlich datengetrieben gearbeitet wird und daher weder exakte Segmentierungen noch manuelle Definitionen der Features benötigt werden. Abschließend werden einige Anwendungen von Radiomics besprochen, die zukünftig im klinischen Alltag eine Rolle spielen könnten.