Innovative Methode: Diabetes mit Hautscanner und KI untersuchen
Forscher der Technischen Universität München (TUM) und des Helmholtz Munich haben eine innovative Methode entwickelt, um Diabetes mithilfe eines Hautscanners und Künstlicher Intelligenz (KI) zu untersuchen. Das optoakustische Bildgebungsverfahren RSOM ermöglicht es, mikrovaskuläre Veränderungen in der Haut zu messen und so die Schwere der Erkrankung zu ermitteln.
Bei Diabetes treten häufig Veränderungen an kleinen Blutgefäßen auf, die oft ein Hinweis auf das Fortschreiten der Krankheit sind. Mit der Kombination aus optoakustischer Bildgebungstechnologie und KI können nun detaillierte Bilder der Blutgefäße erzeugt werden, um die Auswirkungen und Details von Diabetes im ganzen Körper zu untersuchen. Dies könnte helfen, den Verlauf der Erkrankung zu überwachen.
Das optoakustische Bildgebungsverfahren nutzt Lichtimpulse, um Ultraschallwellen im Körpergewebe zu erzeugen. Diese Wellen werden von Sensoren erfasst und in visuelle Darstellungen umgewandelt. Da Moleküle wie Hämoglobin eine hohe Lichtabsorption aufweisen und sich in Blutgefäßen konzentrieren, können mit der optoakustischen Bildgebung besonders detaillierte Bilder von Blutgefäßen erzeugt werden, die mit anderen nicht-invasiven Methoden nicht erreicht werden können.
Die Grundlagen der Optoakustik, auch als Photoakustik bekannt, sind seit über einem Jahrhundert etabliert. Vasilis Ntziachristos, Professor für Biologische Bildgebung an der TUM und Direktor des Instituts für Biologische und Medizinische Bildgebung sowie des Bioengineering Centers bei Helmholtz Munich, hat gemeinsam mit seinem Team verschiedene optoakustische Bildgebungsmethoden entwickelt, darunter auch RSOM (Raster-Scan Optoakustische Mesoskopie). Mit RSOM wurden nun die Auswirkungen von Diabetes auf die menschliche Haut untersucht.
Die Forscher haben mithilfe eines KI-Algorithmus Merkmale einer Diabetes-Erkrankung aus RSOM-Aufnahmen der Blutgefäße im Bein von 75 Diabetikern und einer Kontrollgruppe identifiziert. Dazu wurden 32 markante Veränderungen im Erscheinungsbild der Hautgefäße festgestellt, wie zum Beispiel die Anzahl der Verästelungen oder der Durchmesser. Diese Veränderungen in den Gefäßen können durch Biopsien nachgewiesen werden, bei denen kleine Hautpartien entnommen und untersucht werden. Allerdings sind Biopsien invasiv und für wiederholte Untersuchungen über einen längeren Zeitraum nicht geeignet.
Im Gegensatz dazu sind RSOM-Messungen nicht invasiv, erfordern weniger als eine Minute und sind unabhängig von Strahlung oder Kontrastmitteln. Laut Angelos Karlas, dem leitenden Arzt der Studie, können andere optische Bildgebungsverfahren nicht die gleiche Detailgenauigkeit wie RSOM bieten. Während einer einzigen RSOM-Messung können Daten aus verschiedenen Tiefen der Haut erfasst werden. Die Forscher konnten erstmals feststellen, dass Diabetes unterschiedliche Auswirkungen auf die Gefäße in verschiedenen Hautschichten hat.
Die Kombination und Ermittlung eines sogenannten Scores ermöglicht es, eine Verbindung zwischen dem Zustand der kleinen Blutgefäße in der Haut und dem Schweregrad von Diabetes herzustellen. Dies wurde in der Studie erstmals nachgewiesen. Vasilis Ntziachristos erklärt, dass mithilfe von RSOM nun die Auswirkungen von Diabetes quantitativ beschrieben werden können.
Dank der kontinuierlichen Verbesserung von RSOM in Bezug auf Mobilität und Kosten ergeben sich völlig neue Möglichkeiten für die fortlaufende Überwachung des Gesundheitszustands von über 400 Millionen Menschen weltweit. Durch kurze und schmerzfreie Untersuchungen kann innerhalb weniger Minuten festgestellt werden, ob Therapien wirksam sind – sogar in der eigenen häuslichen Umgebung.
Die Publikation der Forscher zeigt, dass mithilfe von maschinellem Lernen aus optoakustischen Tomogrammen abgeleitete dermatologische Merkmale mit verschiedenen Stadien der Mikroangiopathie bei Diabetes korrelieren. Die Ergebnisse wurden in der renommierten Zeitschrift Nature Biomedical Engineering veröffentlicht.
Prof. Ntziachristos, der die Arbeitsgruppe Biological Imaging am TranslaTUM leitet, erhielt für seine Forschungsarbeiten bereits zahlreiche Auszeichnungen, darunter den renommierten Gottfried Wilhelm Leibniz-Preis. Das TranslaTUM ist das Zentrum für Translationale Krebsforschung der TUM, in dem Mediziner und Wissenschaftler aus verschiedenen Disziplinen gemeinsam die Ursachen und Behandlungsmöglichkeiten von Krebserkrankungen erforschen.
Schlagwörter: RSOM + TUM + Helmholtz Munich
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