Die Revolution in der Röhre Bildgebende Verfahren in der Biomedizin Markus Rudin, Professor für Molekulare Bildgebung und funktionelle Pharmakologie

Transkript

1 Die Revolution in der Röhre Bildgebende Verfahren in der Biomedizin, Professor für Molekulare Bildgebung und funktionelle Pharmakologie ETH/UZH

2 Bildgebung 120 Jahr Innovation nicht-invasive Einblicke in den menschlichen Körper Quelle: Deutsches Röntgenmuseum

3 Bildgebung Einblicke in den menschlichen Körper Quelle: Oak Ridge Associated Universities;

4 Bildgebung in der Medizin Diagnose Prognose Therapieunterstützung

5 Verfolgen von Therapie und Krankheitsverläufen Attraktiv bei chronischen Erkrankungen: Herzkreislauf-Erkrankungen Stoffwechselerkrankungen z.b. Diabetes Degenerative Erkrankungen z.b. Neurodegenerative Erkrankungen Krebs

6 Fenster zum Körper Energie (s -1 ) (cm -1 ) Klinische Bildgebung PET SPECT CT NIRS Schneller Empfindlicher Präziser MRI Biologischer 10 6 (Ultraschall)

7 Funktionelle Messungen am Herz Schnelle Bildgebung zur Darstellung von Herzklappenfunktion Schnelle Bildgebung Sebastian Kozerke ETH/UZH

8 Funktionelle Messungen: Herzklappen Sebastian Kozerke ETH/UZH

9 Funktionelle Messungen an Herz und Gefäss Messung von Blutfluss bei fehlerhafter Herzklappenfunktion

10 Funktionelle Messungen an Herz und Gefäss Messung von Blutfluss bei fehlerhafter Herzklappenfunktion

11 Brustkrebs-Diagnostik Brustkrebs Mammografie Bessere Auflösung / besserer Kontrast Phasen-Kontrast Röntgen / CT Marco Stampanoni ETH/PSI

12 Brustkrebs-Diagnostik: Potenziell gut- oder bösartig?

13 Brustkrebs-Diagnostik: Potenziell gut- oder bösartig?

14 Signaländerung Signaländerung (%) Signaländerung Brustkrebs-Diagnostik: Potenziell gut- oder bösartig? Kriterien gutartig Befund Zeit nach KM-Gabe 100 bösartig 50 Andreas Boss USZ Zeit nach Kontrastmittel-Gabe Zeit nach KM-Gabe

15 Bildgebung Exkurs: Übersetzung von Bildinformation in biologische Information Intensität Frequenz Phase Lebensdauer Gewebe Parameter Absorption Streuung Relaxationszeit Diffusionskonstante Austauschrate Dynamische Kontraständerung Aktivität Interpretation Morphologie Morphometrie Zelltyp(en) Physiologische Parameter Blutfluss / Blutvolumen Oxygenierung Glukoseverbrauch ph Wert Sauerstoff-Verbrauch Molekulare Information Rezeptor-Expression Rezeptor-Besetzung Signal-Transduktion Biomedizin

16 Bildgebung Übersetzung von Bildinformation in biologische Information Intensität Frequenz Phase Lebensdauer Gewebe Parameter Absorption Streuung Relaxationszeit Diffusionskonstante Austauschrate Dynamische Kontraständerung Aktivität Interpretation Morphologie Morphometrie Zelltyp(en) Physiologische Parameter Blutfluss / Blutvolumen Oxygenierung Glukoseverbrauch ph Wert Sauerstoff-Verbrauch Molekulare Information Rezeptor-Expression Rezeptor-Besetzung Signal-Transduktion Biomedizin

17 Besseres Verständnis physiologischer Prozesse zwecks Verbesserung des diagnostischen Verfahren Mathematische Modellierung Gábor Székely ETH Zürich

18 Brustkrebs-Diagnostik: Was für ein Tumor? Biopsie unter MRI-Führung Andreas Boss USZ Schnelle / Echtzeit Bildgebung und histopathologische Untersuchung einer Gewebeprobe Klaas Prüssmann ETH/UZH

19 Brustkrebs-Diagnostik: Was für ein Tumor? Histopathologie H&E Hypoxia HIF1a GLUT1 CD31 Gewebeveränderung auf zellulärer Ebene

20 Exkurs: Molekulare Bildgebung Konventionelle Bildgebung Molekulare Bildgebung 1mm Histologie Molekulare Information Immunohistochemie

21 Brustkrebs-Diagnostik: Was für ein Tumor? Histopathologie Ersatz von Biopsie & Histologie durch Molekulare Bildgebung H&E Hypoxia HIF1a Anatomie Hypoxie HIF1 GLUT1 CD31 GLUT1 CD31 Gewebeveränderung auf zellulärer Ebene Verschiedene Forschergruppen an ETH/UZH/USZ

22 Brustkrebs-Diagnostik: Optimale Therapie Präzise Diagnose Optimale Therapie Bildgesteuerte Wirkstoff-Gabe Therapieüberwachung: Stoffwechsel-Veränderung als frühe Therapieantwort Vor Behandlung 1 Woche 2 Wochen 4 Wochen

23 Neurodegeneration Alzheimer 2012: Patienten mit Demenz Betreuung zirka diagnostiziert Betreuung 30% punktuell 40% täglich 30% rund um die Uhr Entwicklung Patienten Quelle: Schweizerische Alzheimervereinigung

24 Neurodegeneration Alzheimer Neuropsychologische Tests Bildgebende Verfahren

25 Verbesserte Diagnose durch molekulare Bildgebung Pathologie Ablagerungen im Gehirn von Patienten (Plaques & Tangles)

26 Verbesserte Diagnose durch molekulare Bildgebung Präzise Diagnose beim Patienten mittels Molekularer Bildgebung Patient Gesund Alfred Buck USZ/UZH

27 Bildgebung woran wird heute geforscht Technologische Entwicklungen schneller, genauer, empfindlicher, spezifischer Kombination von komplementären Techniken Methodische Entwicklungen qualitativ quantitativ Übersetzung in biomedizinische Sprache Klinischer Nutzen Verbesserte Diagnostik Verbesserte Prognose Gezieltere Therapie

28 Bildgebung in der Klinik / klinischen Forschung Verbesserte Diagnose früher sensitiver (weniger Falschnegative) spezifischer (weniger Falschpositive) molekulare Signatur Präzisere Prognose Biomarker Präzisere Diagnose gezieltere Therapie Individuell Personalisierte Medizin: Kombination Diagnostik / Therapie: Theragnostik Therapieverlauf beim Patienten Früherkennung der Therapieantwort Biomarker Bildgesteuerte Therapieverabreichung

29 Bildgebung im ETH-Bereich Bildgebung ist interdisziplinär Medizin, Biologie, Physik, Chemie, Ingenieurwissenschaften, Materialwissenschaften, Mathematik, Informatik, Hochschulmedizin Zürich (EXperimental and Clinical Imaging TEchnologies) Klinik / klinische Forschung Biomedizinische Grundlagenforschung Ingenieurwissenschaften USZ/UZH ETH/UZH ETH

30 Bildgebung im ETH-Bereich Zelle Maus Patient Technologie Sensoren Auswerte-Verfahren

31 Besten Dank für Ihre Aufmerksamkeit.