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Angehende Medizintechnikerinnen tragen mit AME-Projekt zu artefaktarmer CT- und Hybridbildgebung bei

Selbst in der modernen Radiologie sind Metallartefakte, wie sie beispielsweise nach neuroradiologischen oder neurochirurgischen Interventionen durch Clips oder Coils verursacht werden, eine besondere Herausforderung der Bildgebung. Forschende aus aller Welt befassen sich daher eingehend mit der Erforschung und Entwicklung neuer Verfahren zur Verbesserung der bestehenden Bildgebungsmodalitäten; darunter CT (Computertomografie), SPECT/CT (Singlephotonen-Emissionscomputertomographie) oder auch PET/CT (Positronen-Emissions-Tomographie).
Die beiden im siebten Semester an der OVGU studierenden und angehenden Medizintechnikerinnen Lena Stallmann und Katja Engel schlossen kürzlich erfolgreich ihr gemeinsames Projekt "Prothesenbildgebung: Entwurf und Bau artefaktarmer Phantome in der CT- und Hybridbildgebung" im Master-Modul Advanced Medical Engineering ab. Betreut von Dr. rer. nat. Oliver Großer an der Medizinischen Fakultät und der Universitätsklinik für Radiologie und Nuklearmedizin sowie dem Forschungscampus STIMULATE bestand die Herausforderung in der Erstellung eines wissenschaftlich hinterlegten Aufbaus zur Aufhängung von verschiedenen Prothesen in einem Phantomgebilde. Die daraus resultierenden Ergebnisse sollten das umfassende Gesamtprojekt „Quantifizierung der Metallartefakte im SPECT/CT und PET/CT“ vorantreiben, um Metallartefakte letztendlich bei Untersuchungen zu reduzieren und Entzündungs- oder Lockerungsgeschehen früher zu detektieren.

Im Zweierteam arbeiteten die angehenden Medizintechnikerinnen mit einem Portfolio an echten und Demo-Prothesen, wie Knieendoprothesen, Coils und Ballonstents. Für die Projektarbeit wurde insbesondere mit unikondylären Knieendoprothesen gearbeitet, bei welchen eine Implantation an nur einem der beiden Gelenkfortsätze des betroffenen Knochens besteht. In Vorbereitung der Vermessung und Evaluierung des Aufhängungssetups verschafften sich die Studentinnen einen Überblick über die Notwendigkeit der Artefaktquantifizierung in PET/CT und SPECT/CT, die bisherigen Lösungen anderer Forschungsgruppen und die Klassifizierung von Endoprothesen, eine Auswahl geeigneter Materialien sowie Vor- und Nachteile verschiedener Phantome.
Zur Verifizierung des Versuchsaufbaus führten die Studentinnen zwei Messungen im SPECT/CT mit den entworfenen und in einem Wassertank installierten Aufhängungen durch. Dabei war Versuch 2 die verbesserte und optimierte Aufhängung mit den Erkenntnissen aus Versuch 1, bei dem zunächst ein Acrylgestell das zentrale Element bildete und als Ganzes in einen Wassertank eingesetzt wurde. Im 2. Versuch wurde eine stabile Aufhängung erreicht, die weitgehend artefaktfrei blieb und deren Sichtbarkeit die Diagnostik an den klinisch relevanten Kontaktflächen nicht behinderte. Diese könnte sich mit einigen geringen Änderungen ebenfalls für ähnlich beschaffene Prothesen, wie beispielsweise die zur Verfügung gestellte bikondyläre Prothese oder gleichartige Prothesen unterschiedlicher Abmaße, aber eventuell auch für andere Implantate in zukünftigen Tests übertragen lassen. Innerhalb des Entwicklungsprozesses entstanden außerdem weiterführende Ideen für die Aufhängung von Stents und Coils, welche jedoch aus zeitlichen Gründen nicht weiterverfolgt werden konnten.

Katja: Der Spruch "Think outside the box" fasst, glaube ich, ganz gut zusammen, wie unsere Ideenfindung und Projektarbeit aussahen. Unsere ersten Ideen für die Aufhängung waren sehr starr. Es hat es sich allerdings gelohnt, unkonventionell zu denken und unsere Sichtweise zu erweitern. So haben wir beispielsweise für die Aufhängung von Stents oder Coils akribisch verschieden große Strohhalme gesammelt und kleine Halbkugeln im 3D-Drucker hergestellt. Das Experimentieren und Kennenlernen neuer Maschinen wie dem 3D-Drucker oder dem Lasercutter hat Spaß gemacht und immer wieder frische Ideen zu Tage gefördert. Ein großes Highlight war auch der jeweilige Versuchstag am SPECT/CT im Uniklinikum Magdeburg. Das gab neue und aufregende Einblicke in die Praxis und Forschung und erweiterte so das Studium der Medizintechnik im Masterstudiengang Medical Systems Engineering enorm.
Lena: Durch das Projekt haben wir die Chance bekommen, unser theoretisches Wissen anzuwenden. Wir konnten feststellen, dass einige Dinge, die im Studium eventuell noch sehr abstrakt wirkten, tatsächlich in den Arbeitsprozess integrierbar sind. Insofern stellt solch eine praktische Arbeit einige Verknüpfungen zu dem bereits gewonnen Wissen her. Allerdings konnten wir auch feststellen, dass man nie auslernen kann und so ist unsere Recherche zu dem Thema sehr ausgiebig und zeitaufwändig geworden, da wir auf immer mehr interessante Studien gestoßen sind. Somit konnten wir auch unser Wissen auf diesem Themengebiet vertiefen. Eine wichtige Erkenntnis ist auch, dass Wissenschaft eng mit Kreativität verknüpft ist und einige Prozesse ihre Zeit brauchen, bis man sich auf dem Weg zu einer guten Lösung befindet.

(Dezember 2021)

 

Versuchsaufbau 1 im CT
Lena und Katja im Kontrollraum