Wir haben den Durchblick: Die Radiologie macht innere Erkrankungen und Verletzungen auf Bildern sichtbar und damit diagnostizierbar. Die Basis für eine punktgenaue Behandlung.
Mit Physik Menschenleben retten – Universität Bielefeld und Evangelisches Klinikum Bethel bringen gemeinsam die Medizinphysik voran
Die Universität Bielefeld und das EvKB – Evangelisches Klinikum Bethel – kooperieren in medizinphysikalischer Forschung und Lehre, um Untersuchungen und Behandlungen zu optimieren und Medizinphysikexpertinnen und -experten auszubilden.
Gemeinsam für die medizinphysikalische Forschung und Lehre: Prof. Dr. med. Günther Wittenberg, Dr. Volker Walhorn und Prof. Dr. Thomas Huser (v.l.). Foto: Elena Berz
Wer krank ist, sucht eine Arztpraxis oder eine Klinik auf, wo Personal mit medizinischer Expertise weiterhilft. Dass bei Diagnose und Therapie aber auch die Physik eine nicht unerhebliche Rolle spielt, mag im ersten Moment überraschen. Seit 2024 läuft der Bachelor-Studiengang Medizinphysik an der Universität Bielefeld in Kooperation mit dem Evangelischen Klinikum Bethel (EvKB). Im darauf aufbauenden Master können sich Studierende ab 2028 weiter zu Medizinphysik-Expertinnen und -experten qualifizieren.
Als der Physiker Conrad Röntgen vor über 130 Jahren die später nach ihm benannte Strahlung entdeckte, nahm die Verbindung von Physik und Medizin wohl ihren Anfang. Schon bald wurden bei Untersuchungen, aber auch zur Behandlung von Krebs- und Tuberkulosekranken Röntgenstrahlen eingesetzt. Und dabei blieb es nicht: „Heutzutage sind medizinphysikalische Methoden sowohl in der Diagnostik als auch Therapie unverzichtbar“, sagt Professor Dr. Thomas Huser, der mit seiner Arbeitsgruppe „Biomolekulare Photonik“ an der Fakultät für Physik der Universität Bielefeld zu neuester optischer Bildgebung forscht. „Durch sie werden täglich Menschenleben verlängert oder gerettet.“
Medizin ohne Physik? Heutzutage undenkbar!
Fieberthermometer, Stethoskop, Blutdruckmess- sowie Beatmungsgeräte und die Elektrokardiographie (EKG) sind nur einige Beispiele für ursprünglich physikalische Entwicklungen, die dann in die medizinische Routine integriert wurden. Aus dem Klinikalltag sind außerdem die Magnetresonanztomographie (MRT) und die Computertomographie (CT) nicht mehr wegzudenken. „Für den Betrieb dieser und weiterer Geräte sind Medizinphysik-Expertinnen und -experten nötig, die auf eine sichere und wirksame Anwendung physikalischer Methoden und Technologien im medizinischen Umfeld achten“, erklärt Dr. Volker Walhorn, Mitarbeiter in der Arbeitsgruppe „Biophysik und angewandte Nanowissenschaften“ unter Leitung von Professor Dr. Dario Anselmetti.
„Das Ziel unserer neuen Medizinphysik-Studiengänge ist es“, so Huser, „die Versorgung der Kliniken mit exzellent ausgebildeten Medizinphysikerinnen und -physikern sicherzustellen.“ Dafür kooperiert die Universität Bielefeld mit dem Evangelischen Klinikum Bethel – „eine Win-win-Situation“, meint Professor Dr. med. Günther Wittenberg, Chefarzt des Instituts für diagnostische und interventionelle Radiologie und Kinderradiologie sowie Leiter des Instituts für Medizinphysik am EvKB.
Prof. Dr. med. Günther Wittenberg
Kooperation: Lehre und Forschung profitieren
Um am Ende des Studiums als Medizinphysik-Expertin oder -experte zertifiziert werden zu können, müssen Studierende die sogenannte Sachkunde erlangen, also praxisnah in der Klinik arbeiten. Dank der Kooperation ist das in Bielefeld problemlos möglich – anders als an anderen Standorten, wo sich die angehenden Medizinphysikerinnen und -physiker oft selbst Praktikumsplätze suchen müssen: „Wir können es den Studierenden so direkt hier vor Ort ermöglichen, dass sie – angeleitet von unseren Radiologinnen und Radiologen und Medizinphysik-Expertinnen und -experten – theoretische Inhalte aus der Uni praktisch umsetzen“, sagt Wittenberg.
Doch nicht nur die Lehre, auch die Forschung profitiert von der Kooperation. „Für uns gibt es dadurch in diesem Bereich nun ganz andere Möglichkeiten, auch, weil wir Ressourcen der Uni nutzen können – das ist wirklich top!“
Strahlung reduzieren, Bildgebung optimieren
Zentrales Ziel der Medizinphysikerinnen und -physiker im Krankenhaus ist es, die Strahlenexposition der Patientinnen und Patienten zu mindern – Stichwort Strahlenschutz. „Wir sind darauf aus, die Strahlenbelastung so gering wie möglich zu halten und gleichzeitig mit größtmöglicher Genauigkeit zu diagnostizieren“, sagt Günther Wittenberg. „Dafür wird daran geforscht, die Bildgebung zu verbessern, sodass wir in Richtung der molekularen Bildgebung gehen können, wir also in der Lage sind, Zellen zu beurteilen.“ So sei es perspektivisch gegebenenfalls möglich, Patientinnen und Patienten schmerz- und risikobehaftete Eingriffe, beispielsweise Gewebebiopsien, zu ersparen.
Einer, der in diesem Bereich forscht, ist Thomas Huser. Der Physikprofessor hat ein neues Mikroskop entwickelt, das Strukturen in Zellen sichtbar machen kann, die mit herkömmlichen Methoden nicht sichtbar gemacht werden können. Bisher war ein Blick in derartig kleine Organismen nur mit Elektronenmikroskopen möglich. Proben hiermit zu untersuchen ist allerdings nicht nur zeitaufwendig und teuer – es können auch lediglich abgetötete Zellen betrachtet werden. Husers Mikroskop hingegen erlaubt es, lebende Zellen in Echtzeit abzubilden.
Auf diese Weise lassen sich Prozesse in mikroskopisch kleinen Strukturen erkennen und darstellen, beispielsweise einzelne Virenpartikel, die eine Zellen angreifen und in diese eindringen. „Fast sämtliche Viren sind deutlich kleiner als das Auflösungsvermögen moderner Lichtmikroskope, aber mit unseren neuartigen, super-auflösenden Methoden können wir diesen Prozess erfassen und Viren auf ihrem Marsch in die Zelle beobachten“, sagt Huser.
Medizinphysikerinnen und -physiker in der Klinik optimieren mithilfe sogenannter Phantome die Bildgebung bei gleichzeitiger Strahlenkontrolle. Foto: Elena Berz
Echtzeitmikroskop bietet neue Diagnoseansätze
Bislang haben Huser und seine Mitarbeitenden das Echtzeitmikroskop vor allem dazu benutzt, grundlegende zellbiologische Prozesse zu untersuchen und besser zu verstehen. Etwa das Filtersystem in Leberzellen, zu dessen vollständiger Erforschung den herkömmlichen Mikroskopen die nötige Auflösung fehlte. „Dabei und auch bei einem anderen Organ, der Niere, haben wir jüngst große Sprünge gemacht“, erzählt Huser. Den Forschenden ist es erstmals gelungen, die Struktur der Endothelzellen in den feinsten, hochgradig porösen Blutadern der Leber abzubilden. Diese sind entscheidend für die vollständige Funktion der Leber. Auch der Glomerulus, eine Filtereinheit der Niere, kann nun mit höchster Auflösung abgebildet werden.
„Beide Forschungsfortschritte eröffnen potenziell neuartige Möglichkeiten der Diagnostik an biopsierten Gewebeproben“, so Huser. „Unterfunktionen der Leber etwa könnten in Echtzeit untersucht werden, statt Proben wie bisher in Speziallaboren per aufwendiger und kostspieliger Elektronenmikroskopie überprüfen zu lassen.“ Um Untersuchungen mit dem Echtzeitmikroskop in Arztpraxen und Kliniken möglich zu machen, arbeitet das aus Husers Arbeitsgruppe hervorgegangene Startup-Vorhaben „Lightweaver“ daran, Abläufe wie die nötige Gewebeaufbereitung zu automatisieren und zu standardisieren – dann könnte das Mikroskop den Schritt vom Forschungslabor in die alltägliche medizinische Anwendung schaffen.
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Seit dem Wintersemester 2024/25 bietet die Universität Bielefeld in Kooperation mit dem Evangelischen Klinikum Bethel (EvKB), Universitätsklinikum OWL der Universität Bielefeld am Campus Bielefeld-Bethel, den Bachelorstudiengang Medizinphysik im Rahmen eines Drei-Säulen-Modells an. Dieses Modell gewährleistet eine umfassende und vollwertige universitäre Ausbildung im Fach Physik, die durch entsprechende Neben- und Wahlfächer um kliniknahe Inhalte der Medizinphysik sowie grundlegende Kenntnisse der Medizin ergänzt wird.
Ab dem übernächsten Jahr wird es an der Universität Bielefeld auch die Möglichkeit geben, einen Masterabschluss in Medizinphysik zu erlangen. Absolventinnen und Absolventen stehen vielfältige berufliche Optionen offen: Als Medizinphysik-Expertinnen und -experten kümmern sie sich in Kliniken mit radiologischen Einrichtungen um die ordnungsgemäße und sichere Funktion der Systeme. Alternativ ist ihr Wissen auch bei Medizinprodukte- und Röntgenschutzherstellern oder Behörden wie dem Bundesamt für Strahlenschutz gefragt. Ebenso steht ihnen der Weg in die Forschung offen. Die Bewerbungsfrist für das kommende Wintersemester endet am 15. Juli 2026.
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