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StartseiteForschung aktuellEin neuer Blick ins Gewebe23.10.2015

Fotoakustische Bildgebung Ein neuer Blick ins Gewebe

Die Fotoakustische Bildgebung ist ein relativ neues Verfahren, Zellen oder Gewebe dreidimensional darzustellen. Interessant daran ist, dass es gänzlich ohne schädliche Strahlung auskommt. Besonders einfach lassen sich Blutgefäße visualisieren. Potenzial hat das Verfahren auch als zukünftige Methode zur Krebsfrüherkennung.

Von Friederike Maier

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Bildgebende Verfahren sind aus der Medizin nicht mehr wegzudenken. Ob Ultraschall, Röntgen oder MRT - jedes Verfahren kann bestimmte Teile des Körpers besonders genau darstellen. Dabei nutzen die Verfahren entweder Schallwellen oder elektromagnetische Felder, um die Bilder zu erzeugen. Die Fotoakustik dagegen kombiniert elektromagnetische Lichtwellen mit Schallwellen, erklärt Jan Laufer vom Institut für Optik und Atomare Physik der Technischen Universität Berlin.

"Bei der Fotoakustik ist es ein Hybridverfahren. Wir benutzen also den starken optischen Kontrast den die Lichtabsorption bietet, stellen dadurch eine Ultraschallwelle her. Und Nutzen dann gleichzeitig die hohe räumliche Auflösung, die der Ultraschall bietet um hochauflösende Bilder herzustellen."

Mit einem Laser werden dazu kurze Lichtpulse erzeugt und zwar so kurz und dadurch mit wenig Energie, dass sie keinen Schaden anrichten. Im bestrahlten Gewebe werden diese Lichtpulse - je nach Gewebeart und den dort enthaltenen Farbstoffen - unterschiedlich absorbiert und dabei in Wärme umgewandelt. Durch diese lokale Temperaturänderung dehnt sich das Gewebe rasch aus und erzeugt dabei Schallwellen im Ultraschallbereich.

"Diese Ultraschallwelle, die sich dann in alle Richtungen ausbreitet die detektieren wir auf der Hautoberfläche und dadurch ergibt sich ein Bild. Was das Bild enthält sind halt Informationen über die räumliche Verteilung der Gewebefarbstoffe."

Schallwellen im Ultraschallbereich

Der rote Blutfarbstoff Hämoglobin lässt sich dabei besonders gut darstellen. Er absorbiert das meiste Licht. Besonders präzise lassen sich daher die Blutgefäßnetzwerke darstellen. Das macht das Verfahren auch für die Krebsforschung interessant.

Tumorzellen direkt abzubilden ist schwierig, da sie in der Regel transparent sind. Ab einer bestimmten Tumorgröße regen die Krebszellen allerdings die Neubildung von Blutgefäßen an. Und die lassen sich mit der fotoakustischen Bildgebung leicht erkennen. Und zwar ohne unerwünschte Nebenwirkungen, betont Jan Laufer.

"Was eben den Vorteil hätte gegenüber konventionellen Verfahren, nehmen wir zum Beispiel mal Röntgenbildgebung, dass man eben nicht mit ionisierender Strahlung arbeiten müsste. Sondern man würde mit sichtbarem Licht arbeiten, also nicht-ionisierender Strahlung welche keine schädlichen Nachwirkungen hätte. Also Fotoakustik ist vollkommen unschädlich für den Körper."

Bei der Erkennung von Brustkrebs sind medizinische Anwendungen schon greifbar. An der Universität Twente in den Niederlanden wurden erste klinische Studien durchgeführt. In 28 von 29 Fällen wurde an Stellen, die auf den Aufnahmen verdächtig erschienen, tatsächlich bösartiges Gewebe gefunden. Der Fotoakustische Mammograph in Twente hat eine Auflösung von 3,5 mm und wird ständig weiterentwickelt, um die Bilder noch schärfer zu machen.

Fotoakustischer Mammograph

Auch in den USA wurden schon erste klinische Studien durchgeführt.

Wissenschaftler der University of Florida in Gainesville konnten mittels Fotoakustischer Bildgebung über einen Monat hinweg verfolgen, wie gut Chemotherapien gegen Brustkrebs wirken.

Momentan können Ärzte mit der Fotoakustischen Bildgebung allerdings nur wenige Zentimeter unter die Haut schauen. Weil das Gewebe die Schallwellen stark dämpft, wird es sonst schwierig, sie noch auf der Oberfläche zu detektieren.

"Der einzige Knopf, wo man noch drehen kann, das wäre jetzt die Empfindlichkeit der akustischen Detektoren. Wir haben einen rein optischen Ultraschallsensor entwickelt, der beruht auf einem Interferometer. Zum einen erreichen wir dadurch sehr kleine Detektorgrößen mit einer hohen akustischen Bandbreite."

An der Verbesserung der Ultraschall-Detektoren arbeiten momentan Forschungsgruppen weltweit. Am österreichischen RECENDT Institut entwickeln Wissenschaftler beispielsweise faseroptischen Detektoren. Außerdem arbeiten sie dort an einer komplett kontaktlosen Methode der Fotoakustischen Bildgebung. Die wäre beispielsweise bei der Untersuchung offener Wunden interessant oder bei Operationen.

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