Fiepsender Krebs: Wissenschaftler entwickeln neues Ultraschalltomographie-System für Krebsdiagnose

Eine Gruppe von Wissenschaftlern von der NUST MISIS (The National University of Science and Technology MISiS) hat ein universelles System für die optisch-akustische Echtzeit- und Laserultraschalltomographie entwickelt. 

Das im NUST MISIS Labor für zerstörungsfreie Laserultraschallkontrolle entwickelte Gerät kann sowohl zur Erkennung von onkologischen Tumoren als auch zur Online-Visualisierung der Blutgefäße des Patienten, zum Einsetzen von medizinischen Nadeln oder anderen Instrumenten in die Gefäße (z.B. Stents) verwendet werden.

Die Entwicklung löst das Problem der kontrastarmen und niedrigauflösenden Bilder vieler biologischer Gewebe und Organe, die mit Standardultraschall aufgenommen werden. Im Vergleich zum konventionellen Ultraschall liefert die neue Technologie dem Arzt nicht nur Standardultraschallbilder, sondern auch zusätzliche Informationen über jene Gewebe, die akustisch (mittels Ultraschall) schlecht unterschieden werden können, aber gleichzeitig ein unterschiedliches Absorptionsvermögen aufweisen. Zu diesen gehört auch Krebsgewebe.

Das gesamte System basiert auf einem bekannten physikalischen Phänomen, dem optoakustischen Effekt. Laserstrahlung sehr kurzer Wellenlänge werden im bestrahlten Objekt (in diesem Fall im lebenden Gewebe des Körpers) absorbiert, was zu einer schnellen Erwärmung eines Teils dieses Objekts führt. Die Erwärmung führt zur Ausdehnung der Gewebesubstanz und damit zur Anregung von Ultraschallwellen. So führt die Bestrahlung mit kurzen Laserpulsen zu einer “Vibration” eines Gewebebereichs und damit zur Abgabe von Ultraschall. Grob gesagt “fiepst” ein lebendes Organ in ultrahohen Tönen.

“In der Installation wird Laserstrahlung verwendet, um Ultraschall in zwei Modi anzuregen. In der ersten, der optoakustischen, wird Licht direkt am Untersuchungsobjekt absorbiert (ein kleiner Teil eines Blutgefäßes oder Tumors beginnt zu “vibrieren”). Die so angeregten Wellen werden von einer Vielzahl von Empfängern (einer speziellen akustischen Antenne) aufgezeichnet, und die Signale dieser Elemente werden dann verwendet, um genaue Bilder des Objekts zu erstellen, die einen Kontrast für die Lichtabsorption bieten”, sagte Wassily Sarubin, einer der Co-Autoren, Ingenieur des NUST MISIS Labors für zerstörungsfreie Laserultraschallkontrolle.

“Im zweiten, dem Laser-Ultraschallmodus, wird das Licht in einer speziellen Platte absorbiert, und diese Platte beginnt zu “vibrieren”. Die darin angeregten Wellen werden verwendet, um das Objekt ähnlich dem Standardultraschall zu untersuchen. In diesem Fall werden Ultraschallwellen durch Inhomogenitäten des Objekts gestreut und von derselben akustischen Antenne empfangen. Die Signale daraus werden daraufhin zur Erstellung der endgültigen Laser-Ultraschallbilder verwendet.”

Somit ermöglicht das Gerät den gleichzeitigen Empfang von zwei Arten von Bildern – optisch-akustische Bilder und Laser-Ultraschall. Bilder des ersten Typs bieten optischen Kontrast, sie ermöglichen eine klare Unterscheidung von Bereichen, die optische Strahlung auf unterschiedliche Weise absorbieren. Die zweite Art von Bildern (Laser-Ultraschall) liefert akustischen Kontrast und ermöglicht es, Bereiche, die Ultraschallwellen auf unterschiedliche Weise reflektieren, klar zu unterscheiden. Dementsprechend bietet das Bild, das auf dem neuen Gerät als Kombination dieser beiden Typen erhalten wurde, dem Arzt deutlich mehr Informationen für die Diagnostik im Vergleich zum Standardultraschall. Derzeit beschäftigt sich das Forschungsteam damit, die Eigenschaften des Prototyps zu verbessern und ihn an spezifische Aufgaben anzupassen.