Leibniz-Workshop: Bildgebende Diagnostik in der Hightech-Medizin

Wie gelangen innovative  Technologien in den medizinischen Alltag? – Ein Workshop von Leibniz Gesundheitstechnologien

Bildgebende Diagnostik ist heutzutage kaum noch aus der modernen Hochleistungsmedizin wegzudenken: Angefangen bei der Tumorbestimmung, über die Bildgebung für chirurgische Eingriffe bis zum Monitoring von Therapien.

Um innovative bildgebende Verfahren auch in der Klinik oder der ambulanten Medizin zu etablieren, braucht es einen intensiven Austausch zwischen Grundlagenforschung, Produktentwicklung und Medizin.  Mit einem interdisziplinären Workshop bringt Leibniz Gesundheitstechnologien deshalb Forscher und Entwickler in den Bereichen der multimodalen Bildgebung, Material- und Biomarkerforschung und Plasmamedizin mit Experten für Systemtechnologie sowie mit Klinikern aus der Onkologie, Ophthalmologie oder Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde zusammen. In dem Workshop sollen Schnittstellen zwischen den verschiedenen Disziplinen gefunden und gemeinsame Lösungsansätze im Bereich der bildgebenden Medizintechnik diskutiert werden.

Mit der Vielzahl immer besseren bildgebenden Methoden (z.B. klassische Mikroskopie, Spektroskopie, Sonographie, PET oder MRT) steigt zugleich auch der Bedarf nach kombinierten und intelligenten Lösungen für die Arztpraxis und den Operationssaal. Der Workshop befasst sich deshalb auch mit Fortschritten in Bereichen wie der Künstlichen Intelligenz, Machine Learning oder Augmented Reality. Sie könnten einen entscheidenden Beitrag leisten, um diagnostische Informationen besser zusammenzuführen und schnell und gezielt in Therapieentscheidungen des Arztes einfließen zu lassen.

Termin: 13. November 2019 | 10:00 – 16:00 Uhr

Veranstaltungsort:

KARL STORZ Besucher- und Schulungszentrum Berlin
Scharnhorststraße 3
10115 Berlin

Anmeldung: Als Teilnehmer registrieren


Vorläufige Agenda

Begrüßung durch die Organisatoren

Beispiele von bildgebenden Verfahren in der Medizin und Kosmetik: Was können sie und wo ist ihr Einsatz sinnvoll?

Dr. Maxim Darvin

Charité – Universitätsmedizin Berlin

Abstract

Bildgebende Verfahren spielen in der Dermatologie und Kosmetik eine wichtige Rolle. Darunter sind Laser-Scanning-Mikroskopie (LSM), Zwei-Photonen-Tomographie (TPT) mit Fluoreszenz-Lifetime-Imaging (FLIM) und die optische Kohärenztomographie (OCT) weit verbreitet. Die Analyse von Melanomen, Basalzellkarzinomen und Plattenepithelkarzinomen mit LSM und TPT zeigt, dass krankheitsbedingte morphologische Veränderungen auf Zellebene in der Epidermis und in der Basalschicht sichtbar gemacht werden können. Die Tumorgrenzen können mit dem OCT visualisiert werden. Veränderungen der Blutkapillarstruktur in der papillären Dermis können mit LSM- und TPT-Techniken (TPT / FLIM) in der Psoriasis Haut abgebildet werden. Die Anwendung dieser Methoden in der Kosmetologie liefert Informationen über die Eindringtiefe des applizierten Xenobiotikums.

CV

Maxim Darvin studierte am Moskauer State Engineering Physics Institute, in der Fakultät fur Experimentelle und Theoretische Physik in der Abteilung für Medizinische Physik, wo er mit einem Master in Physik abschloss. In 2007 promovierte er zum Dr.rer.medic. an der Humboldt Universität zu Berlin und in 2010 zum PhD an der Saratov State Universität in Russland. Seit 2010 ist er der Leiter des Spektroskopie Group am Centrum für Experimentelle und Angewandte Physiologie der Haut, an der Klinik für Dermatologie, Venerologie and Allergologie an der Charité-Universitätsmedizin Berlin. Seine Forschungsinteressen beinhalten Biophotonik, Spektroskopie, Biophysik und die Physiologie der Haut.

Intraoperative Diagnose, Monitoring und Therapie mittels spektroskopischer Multi-Kontrast-Bildgebung

Prof. Dr. Michael Schmitt

Friedrich-Schiller-Universität Jena

Abstract

Im Rahmen des Vortrags wird ein multimodaler nichtlinearer Bildgebungsansatz vorgestellt, der das Potenzial hat, Tumorgewebe und den Erfolg einer Operation direkt im Operationssaal zuverlässig zu beurteilen. Der Ansatz kombiniert die bildgebenden Verfahren der Zwei-Photonen-angeregten Autofluoreszenz (TPEF), der Erzeugung der zweiten Harmonischen (SHG) und der kohärenten Anti- Stokes-Raman-Streuung (CARS). Für eine klinische Anwendung wurde dieser Ansatz in ein kompaktes, kliniktaugliches Mikroskop überführt. Um die Anwendbarkeit dieses multimodalen Mikroskopieansatzes für ein In-vivo-Gewebescreening weiter auszudehnen, werden auch verschiedene endospektroskopische Sondenkonzepte vorgestellt.

Neben innovativen photonischen Technologien werden im Rahmen der Präsentation auch innovative Bildauswertungsalgorithmen für die Übersetzung der multimodalen Bilder in quantitative Diagnosemarker vorgestellt. Darüber hinaus wird gezeigt, dass der vorgestellte multimodale Bildgebungsansatz mit der Lasergewebeablation für die gewebespezifische Laserchirurgie kombiniert werden kann. Am Ende wir das Potenzial des nichtlinearen multimodalen bildgebenden Ansatzes zur Visualisierung von kalten atmosphärischen Plasma-induzierten Gewebeveränderungen zur Online-Überwachung einer Wund- oder Krebsbehandlung aufgezeigt.

CV:

Michael Schmitt promovierte 1998 an der Universität Würzburg in Chemie. 1999 bis 2000 forschte er am Steacie Institute for Molecular Sciences des National Research Council of Canada. Anschließend arbeitete er in der Gruppe von Prof. Kiefer, Universität Würzburg, an seiner Habilitation (2004). Seit März 2004 ist er in der Gruppe von Prof. Jürgen Popp am Institut für Physikalische Chemie der Friedrich-Schiller-Universität Jena tätig. Seine Forschungsschwerpunkte liegen auf der nichtlinearen Spektroskopie für die biomedizinische und Materialforschung. Er ist Autor und Ko-Autor von mehr als 200 Veröffentlichungen und Assistant Editor der wissenschaftlichen Zeitschrift Journal of Biophotonics.

Bildgeführte robotergestützte Interventionen

Prof. Dr. Andreas Melzer

Innovation Center Computer Assisted Surgery, Leipzig

Abstract

In diesem Vortrag werden Robotersysteme für bildgesteuerte Eingriffe vorgestellt, die sich zum Beispiel für Biopsien, Drainagen, Tumorbehandlungen oder Injektionen zur Neurolyse eignen. Im Detail werden dabei interventionelle Robotersysteme, die für MRT, CT, Fluoroskopie und Ultraschall entwickelt wurden, vorgestellt und verglichen.

Zu den Systemen gehören: der AcuBot für die aktive Nadelinsertion unter CT oder Fluoroskopie, die B-Rob-Systeme für die Nadelinsertion unter CT oder Ultraschall, die Innomotion für MRT- und CT-Eingriffe, der MRBot für MRT-gesteuerte Prostatabehandlungen und der ExAblate für MRT-gestützte, fokussierte Ultraschall-Verfahren. Der Vortrag widmet sich zudem weiteren Aspekten wie der Kompatibilität der Bildgebungssysteme, der Zulassung der Geräte, der Kompensationen von Patientenbewegungen sowie Möglichkeiten für sensorische Rückkopplung (z. B. haptisches Feedback).

CV

Andreas Melzer, geboren 1960, promovierte nach seinem Studium in Mainz und Tübingen 1989 in Zahnmedizin und 1993 in Medizin. Er verfügt über 33 Jahre Erfahrung in der Entwicklung von Medizintechnik und war an rund 200 Patenten und über 300 Publikationen beteiligt. 2008-2016 war er C3-Professor für angewandte Biomedizintechnik an der Universität Gelsenkirchen, seit 2006 ist er Professor für Medizintechnik und Gründungsdirektor des Instituts für Medizinische Wissenschaften und Technik und Honorarprofessor für Klinische Studien am Ninewells Hospital and Medical School, Dundee. Im Jahr 2014 wurde er zum Professor für Computer Assisted Surgery und Direktor des ICCAS, dem Innovationszentrum für Computer Assisted Surgery der Universität Leipzig, ernannt. Im selben Jahr wurde er wurde auch zum Professor an der Chongqing University, China, ernannt.

Mikrofabrikation für die hochauflösende 2D-Mikroskopie zur 3D-Darstellung der migrierenden Immunzellen

Prof. Dr. Franziska Lautenschläger

Leibniz-Institut für Neue Materialien

Abstract

Immunzellen bewegen sich im Körper in einem 3D-Umfeld. Dabei müssen diese Zellen die unterschiedlichsten Hindernisse überwinden, wie sich verformen um schmale Engpässe zu durchqueren. Diese Vorgänge im lebenden Organismus zu verfolgen ist technisch sehr anspruchsvoll und geht oft zu Lasten der mikroskopischen Auflösung. Ich stelle hier eine Methode vor, welche es ermöglichst, die Bewegung von Immunzellen mit allen herkömmlichen hochauflösenden Mikroskopie Methoden in 2D abzubilden. Der Kern dieser Methode besteht in der Anwendung von Mikrofabrikationstechniken.

CV

Franziska Lautenschläger ist Juniorprofessorin für Biophysik an der Universität des Saarlandes und Juniorgruppenleiterin am Leibniz-Institut für Neue Materialien, beide mit Sitz in Saarbrücken. Sie studierte Physik in Leipzig und Toulouse. 2011 promovierte sie an der University of Cambridge über mechanische Veränderungen von Stammzellen während der Ausdifferenzierung. Danach arbeitete sie als Postdoc am Institut Curie in Paris mit besonderem Interesse am Migrationsverhalten von eingeengten Immunzellen (dendritischen Zellen). Seit Mai 2013 forscht Franziska Lautenschläger in Saarbrücken am Zytoskelett von Zellen.

Imaging the Cellular Physiology of the Liver

Dr. Nachiket Vartak

Leibniz-Institut für Arbeitsforschung an der TU Dortmund (IfADo)

Abstract

Liver disease is the second most frequent cause of hospitalizations in Europe. Chronic liver disease is typically manifested as cholestasis or steatosis due to as yet poorly known mechanistic factors. Imaging methods that can reveal these factors have been advancing at a rapid rate, and yet they remain confined to the laboratory, with little to no application in the clinic. This talk provides an overview of quantitative intravital, tissue and live cell imaging in the study of liver physiology and disease. Specifically, the 3D-fluorescence microscopic imaging of liver tissue in disease, imaging of mechanism of liver cell death using fluorescent small molecules in live animals, fluorescence correlation spectroscopy for deciphering bile flux in the liver, and label-free imaging for NAFLD using CARS microscopy are described. We apply these technologies to patient cohorts to guide clinical practice in the treatment of liver disease. The results of these studies lead to insights in liver disease progression by revealing unknown aspects of liver physiology, paving the way towards accurate diagnosis of liver function, pathology, potential therapeutic avenues.

CV

Nachiket Vartak is a graduate of the Indian Institute of Technology, Bombay. In 2006 he joined the European Molecular Biology Laboratory as a Ph.D candidate, later moving to the Max Planck Institute for Molecular Physiology in Dortmund. During this time, he applied advanced microscopy and optical techniques in the study of cellular systems biology – specifically how spatial information patterns can be generated in cells spontaneously. Since 2014, he joined the Leibniz Research Centre (IfADo) in Dortmund and focused on intravital imaging for assessing liver function and physiology. Since 2016, he heads a BMBF junior research group as part of the Liver Systems Medicine Initiative for translational medicine, with a focus on the physiology and molecular biology of cholestatic and steatotic liver diseases.

Medizinische spektrale Bildgebung und intraoperative Visualisierung für den Arzt

Dr. Axel Kulcke

Diaspective Vision GmbH

Abstract:

Die Hyperspektrale Bildgebung (Hyperspectral Imaging, HSI) als neues diagnostisches Verfahren findet zunehmend Akzeptanz und damit eine immer breitere Anwendung in der Medizin. Mit dieser Technologie ist es möglich, in nur wenigen Sekunden chemische Informationen von menschlichem Gewebe visuell darzustellen. Diese Daten beinhalten beispielsweise Informationen über die Sauerstoffsättigung, den Hämoglobin- und den Wassergehalt. Eine wachsende Zahl führender Ärzte ist der festen Überzeugung, dass diese zusätzlichen Informationen den medizinischen Alltag und klinischen Outcome deutlich verbessern können. Angewendet wird HSI in verschiedenen Fachrichtungen – dazu gehören zum Beispiel: Wundmedizin, rekonstruktive Chirurgie, Viszeralchirurgie und Amputationschirurgie.

CV

Dr. Axel Kulcke studierte von 1984 bis 1994 Physik, Chemie, Sportwissenschaften und Medizin an der Georg-August-Universität in Göttingen, wo er auch promovierte. Danach begann er seine berufliche Laufbahn im Industriebereich.

Im Laufe der Zeit entwickelte er in verschiedenen Bereichen der Industrie sehr erfolgreiche Produkte auf Basis der 2D-Spektroskopie und Photometrie und verfügt inzwischen über eine mehr als 15-jährige Erfahrung im Bereich der physiologischen Gewebespektroskopie und im Hyperspectral Imaging. In verschiedenen Unternehmen legte er den Grundstein für erfolgreiche, mit Patenten abgesicherte Produkte und veröffentlichte zahlreiche Publikationen. 2015 gründete Dr. Kulcke die Diaspective Vision GmbH, die er seitdem als Geschäftsführer leitet.

Technologien für diagnostische und therapeutische Ansätze für das Gesundheitssystem der Zukunft

Dr. Oliver Schmidt

Siemens Healthineers

Abstract:

Weltweit steht die Gesundheitsversorgung vor tiefgreifenden Herausforderungen aufgrund der zunehmenden Alterung der Gesellschaft, durch den starken Anstieg von chronischen Krankheiten sowie der damit verbundenen Kostenexplosion. Die Hoffnungen in unsere Branche sind groß: Die Menschen erwarten, dass wir Lösungen finden, um allen einen Zugang zu moderner Gesundheitsversorgung zu ermöglichen – Lösungen, die bezahlbar sind und im gleichen Zug Diagnosen sowie Therapien präziser machen. Neue Technologien für eine präzisere Bildgebung und moderne Techniken der künstlichen Intelligenz spielen dabei eine wichtige Rolle. Gleichzeitig benötigen wir aber auch Strategien, die helfen die Gesundheitsversorgung neu zu gestalten und dabei den Patienten stets im Mittelpunkt zu behalten. Die Digitalisierung wird dazu einen entscheidenden Beitrag liefern, indem sie das Krankenhauspersonal bei Routine-Tätigkeiten unterstützt und Menschen Werkzeuge an die Hand gibt, um mehr Autonomie und Verantwortung für Ihre Gesundheit zu übernehmen.

CV:

Dr. Oliver Schmidt studierte Physik and der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg mit Spezialisierung auf Halbleiter- und Medizinphysik. Er beschäftigte sich in seiner Doktorarbeit am Palo Alto Research Center Inc. (PARC) mit der Integration von opto-elektronischen Bauteilen in mikrofluidische Chips für Point-of-Care Anwendungen. Von 2007-2011 übernahm er bei der Carl Zeiss AG mehrere Rollen als Projektleiter und Innovationsmanager auf dem Gebiet der optischen Metrologie. Er wechselte 2012 zur Corporate Technology der Siemens AG und leitet seit 2015 ein Team zur Vorentwicklung von Grundlagentechnologien für die Medizinbranche bei Siemens Healthineers. Oliver Schmidt ist Autor von mehr als 25 wissenschaftlichen Veröffentlichung und hält mehr als 35 erteilte Patente.