Medizinische Bildgebung per Photoakustik

Bestrahlung mit Licht erzeugt Ultraschallwellen

Die photoakustische Bildgebung (Photoacoustic Imaging, PAI) hat durch die Kombination optischer und akustischer Verfahren das Potenzial, die medizinische Diagnostik an weichem Gewebe entscheidend zu verbessern.

Im Unterschied zur klassischen Sonographie wird bei dieser Methode das Gewebe mit Licht bestrahlt und dadurch thermisch angeregt. Dies führt zu einer thermoelastischen Ausdehnung der Moleküle im Gewebe, worduch eine Druckwelle entsteht. Die so erzeugten Ultraschallwellen können detektiert werden und liefern präzise Informationen über anatomische Strukturen und physiologische Prozesse im Gewebe. Denn bestimmte Gewebebestandteile wie z. B. Blutgefäße absorbieren das eingestrahlte Licht unterschiedlich stark. In der photoakustischen Bildgebung führt dies zu unterschiedlichen Kontrasten.

Echtzeit-Visualisierung weicher biologischer Gewebe

Die photoakustische Bildgebung bietet damit im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren allgemeine Vorteile wie einen besseren Weichgewebekontrast und die Möglichkeit, anatomische und funktionelle Informationen simultan zu erhalten. Ein bedeutendes Anwendungsgebiet der photoakustischen Bildgebung ist die nicht-invasive Diagnostik in der Medizin. Die Methode ermöglicht die Echtzeit-Visualisierung von Tumoren, vaskulären Strukturen und Gewebeveränderungen, was eine frühzeitige Erkennung und Behandlung unterstützt.

Hochempfindliche Sonde für die photoakustische Bildgebung in der Medizintechnik

Erste kommerziell erhältliche PAI-Systeme nutzen kostenintensive abstimmbare Hochleistungslaser als Lichtquelle sowie ursprünglich für die Ultraschall-Bildgebung entwickelte Wandler und verbinden die Sonde über lange, rauschanfällige Koaxialkabel mit einer stationären Signalverarbeitung. Für die photoakustische Bildgebung ausgelegte optimierte Sensorsysteme fehlen bisher.

Auf Basis einer neuartigen Technologie- und Methodenkombination wollen Forschende am Fraunhofer IPM im Projekt PASMIE eine hochempfindliche Sonde für die photoakustische Bildgebung in der Medizintechnik entwickeln. Zentral dabei ist die Integration von Ultraschallwandlern und Lichtquellen in einem Gehäuse. Dadurch können die Integrationsdichte erhöht und die Kosten durch den Einsatz von Laserdioden minimiert werden.