Eine Gruppe von Wissenschaftlern von
NUST MISIS hat ein universelles System für die optisch-akustische
Echtzeit- und Laserultraschalltomographie entwickelt. Eines der
vielversprechenden Einsatzgebiete des neuen Gerätes ist die
Biomedizin. Mit diesem System wird es möglich sein, einen Krebstumor
mit hoher Empfindlichkeit zu erkennen und seine Grenzen im
Ultraschallformat ohne chirurgische Behandlung genau darzustellen,
sowie die Gefäße während der Operation zu visualisieren. Die
Ergebnisse werden in der internationalen Fachzeitschrift
Photoacoustics
(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2213597916300295)
veröffentlicht.
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, zur Diagnose des Einsetzens von
medizinischen Nadeln oder anderen Instrumenten in die Gefäße bei
verschiedenen Verfahren, wie z. B. Rangieren oder Stenting,
eingesetzt werden.
Die Entwicklung löst das Problem der kontrastarmen und
niedrigauflösenden Bilder vieler biologischer Gewebe und Organe, die
mit Standardultraschall aufgenommen wurden. 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 , aber gleichzeitig ein
unterschiedliches Absorptionsvermögen aufweisen. Zu diesen Geweben
gehört auch Krebs.
Das gesamte System basiert auf einem bekannten physikalischen
Phänomen, dem optoakustischen Effekt. Das Wesentliche daran ist
folgendes: Laserstrahlung sehr kurzer Wellenlänge wird 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 des Experimentsystems zu verbessern, ihn
an spezifische Aufgaben anzupassen und nach vielversprechenden
Konsumenten zu suchen.
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Pressekontakt:
Dina Moiseeva
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