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Photoakustik

Bei der Pho­to­akus­tik han­delt es sich um ein Ver­fah­ren, das die Vor­tei­le von op­ti­schen Ab­bil­dungs­me­tho­den mit eta­blier­ten Ul­tra­schall­tech­ni­ken kom­bi­niert. Die Pho­to­akus­tik ist in der Lage, den hohen op­ti­schen Kon­trast op­ti­scher Bild­ge­bung mit dem guten Auf­lö­sungs­ver­mö­gen der Ul­tra­schall­bild­ge­bung in stark streu­en­dem Ge­we­be zu ver­bin­den und stellt damit ein ent­schei­den­des neues bild­ge­ben­des Ver­fah­ren in der Me­di­zin­tech­nik dar. So ist die Pho­to­akus­tik durch Ver­wen­dung ge­eig­ne­ter Kon­trast­me­cha­nis­men in der Lage, tu­mo­rö­ses von ge­sun­dem Ge­we­be zu un­ter­schei­den um z.B. Tu­mo­re in der Brust früh­zei­tig zu ent­de­cken zu kön­nen. Im Ver­gleich zu eta­blier­ten Me­tho­den auf Basis von Rönt­gen­strah­len hat die Pho­to­akus­tik zu­sätz­lich noch den Vor­teil, dass sie ohne schäd­li­che io­ni­sie­ren­de Strah­lung aus­kommt. Sie be­sitzt da­durch das Po­ten­ti­al, die ge­sund­heit­li­chen Ri­si­ken von der­zeit durch­ge­führ­ten Vor­sor­ge­un­ter­su­chun­gen, wie zum Bei­spiel der Mam­mo­gra­phie, in Zu­kunft er­heb­lich zu re­du­zie­ren.

Er­mög­licht wird die Kom­bi­na­ti­on aus Licht und Schall durch Aus­nut­zung des pho­to­akus­ti­schen Ef­fekts: Beim pho­to­akus­ti­schen Ef­fekt wird in einem Me­di­um durch Be­strah­lung mit Licht eine Ul­tra­schall­wel­le er­zeugt, die mit einem Ul­tra­schall­wand­ler de­tek­tiert wer­den kann. Dabei ist die de­tek­tier­te Druck­am­pli­tu­de pro­por­tio­nal zur op­ti­schen Ab­sorp­ti­on des Me­di­ums.

In Ko­ope­ra­ti­on mit Prof. Dr.-Ing. G. Schmitz (Lehr­stuhl für Me­di­zin­tech­nik der Ruhr-Uni­ver­si­tät Bo­chum), Prof. Dr.-Ing. H. Er­mert (In­sti­tut für Hoch­fre­quenz­tech­nik der Ruhr-Uni­ver­si­tät Bo­chum) und Prof. Dr. med. C. Bre­mer (In­sti­tut für kli­ni­sche Ra­dio­lo­gie des Uni­ver­si­täts­kli­ni­kums Müns­ter) ent­wi­ckelt un­se­re Ar­beits­grup­pe ein Sys­tem, dass den pho­to­akus­ti­schen Ef­fekt für me­di­zi­ni­sche An­wen­dun­gen nutz­bar ma­chen soll: Hier­bei wird ein La­ser­puls auf das zu un­ter­su­chen­de Ge­we­be ge­ge­ben und mit Hilfe eines kom­mer­zi­el­len Ul­tra­schall­ge­rä­tes die im Ge­we­be er­zeug­te Ul­tra­schall­wel­le ge­mes­sen. Der La­ser­puls be­sitzt eine Puls­dau­er von we­ni­gen Na­no­se­kun­den bei sehr gro­ßer Strah­lungs­in­ten­si­tät. Durch den Licht­puls dehnt sich das Ge­we­be aus und zieht sich an­schlie­ßend wie­der zu­sam­men. Auf diese Weise ent­steht eine Druck­wel­le, die von dem Ul­tra­schall­wand­ler de­tek­tiert wird.

Da un­ter­schied­li­che Ge­we­be­ar­ten ein un­ter­schied­li­ches op­ti­sches Ab­sorp­ti­ons­ver­hal­ten be­sit­zen, kön­nen durch Va­ria­ti­on der Be­strah­lungs­wel­len­län­ge be­stimm­te Ge­we­be­ar­ten auf dem Ul­tra­schall­bild ge­zielt her­vor­ge­ho­ben wer­den. So kann bei­spiels­wei­se mit Sau­er­stoff an­ge­rei­cher­tes Blut auf dem Ul­tra­schall­bild von nicht an­ge­rei­cher­tem un­ter­schie­den und damit als ein Kon­trast­me­cha­nis­mus für die Er­ken­nung von Tu­mo­ren ein­ge­setzt wer­den. Kurz ge­sagt, durch Aus­nut­zung des pho­to­akus­ti­schen Ef­fekts brin­gen wir den Ul­tra­schall­ge­rä­ten bei, Far­ben zu sehen.

Re­fe­renz:

  • M.P. Mi­en­ki­na, N.C. Ger­hardt, J. Wal­deck, M. Bree­de, C. Bre­mer, M. Hof­mann and G. Schmitz, Eva­lua­ti­on eines kom­mer­zi­el­len Ul­tra­schall­ge­räts für den Ein­satz im pho­to­akus­ti­schen Re­fle­xi­ons­mo­dus, Bio­me­di­zi­ni­sche Tech­nik 52, (2007) Suppl 1 - ac­cep­ted
  • M.P. Mi­en­ki­na, K. Hen­sel , T.N. Le, N.C. Ger­hardt, Ch. Han­sen, M. Hof­mann and G. Schmitz , Ex­pe­ri­men­tal Cha­rac­te­riza­t­i­on of Fe­ru­c­ar­bo­tran as a Pho­toa­coustic Con­trast Agent, Proc IEEE In­ter­na­tio­nal Ul­tra­so­nics Sym­po­si­um 0, 393 (2006)
  • M.P. Mi­en­ki­na, K. Hen­sel, T.N. Le, N.C. Ger­hardt, I. Kopf, E. Brün­der­mann, M. Ha­ve­nith, M. Hof­mann, G. Schmitz, Ex­pe­ri­men­tel­le Cha­rak­te­ri­sie­rung von Fe­ru­c­ar­bo­tran als pho­to­akus­ti­sches Kon­trast­mit­tel, Proc Ge­mein­sa­me Jah­res­ta­gung der Deut­schen, Ös­ter­rei­chi­schen und Schwei­ze­ri­schen Ge­sell­schaf­ten für Bio­me­di­zi­ni­sche Tech­nik 51, V180 (2006)

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