DFG-Projekt ultraMedis: Radar für Ärzte

Wie etwa in der Flugüberwachung, nutzt man auch hier das Ausbreitungsverhalten elektromagnetischer Wellen. Von einer Grenzfläche oder einem Objekt werden sie teilweise reflektiert, kehren zu ihrem Ausgangspunkt zurück und können von einer Antenne registriert werden. Daraus gewinnt man Aussagen zum Objekt und dessen Entfernung. In diesem Sinne ist das Radarprinzip dem Ultraschallverfahren sehr ähnlich. Die Reflektionen fallen um so stärker aus, je stärker sich das Objekt in seinen elektrischen Eigenschaften wie Leitfähigkeit oder Dielektrizität von seiner Umgebung unterscheidet.

Bei einer medizinischen Anwendung spielt die Wasserkonzentration im Gewebe eine dominante Rolle. Wasser hat im Vergleich zu anderen Gewebesubstanzen eine sehr hohe Dielektrizitätszahl. Daher lassen sich Organe infolge ihres unterschiedlichen Wassergehaltes voneinander abgrenzen und lokalisieren. Von Krebs befallenes Gewebe etwa geht häufig mit einem erhöhten Wasseranteil in den betroffenen Zellen einher, hier hat man ein Indiz für die Nachweisbarkeit mittels Radarverfahren. Während eines operativen Eingriffs ändert sich der Wassergehalt der betroffenen Organe. Übersteigen die Änderungen bestimmte Grenzwerte, kann dies fatale Folgen für den Patienten haben. Eine ständige, berührungslose Kontrolle des Organzustandes wäre daher von großem Nutzen, um rechtzeitig Gegenmaßnahmen einleiten zu können.

International bekannt gewordene Abschätzungen anhand von Organ- und Gewebesimulationen zu den angesprochenen Problemstellungen zeigten hoffnungsvolle Resultate. Im DFG-Projekt ultraMedis sollen nun erste experimentelle Bestätigungen erbracht und praktische Einsatzszenarien studiert werden.

Im Projekt arbeiten die Fachgebiete Elektronische Messtechnik und Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik der TU Ilmenau, das Institut für Diagnostische und Interventionelle Radiologie der Universität Jena und die Fachabteilung für Medizinphysik und metrologische Informationstechnik der Physikalisch Technischen Bundesanstalt in Berlin zusammen. ultraMedis ist Teil des bundesweiten DFG-Schwerpunktprogramms UKoLoS zur Erforschung und Weiterentwicklung der Ultrabreitbandsensorik und Ultrabreitbandkommunikation, geleitet von Prof. Reiner Thomä, Fachgebiet Elektronische Messtechnik der TU Ilmenau.

In enger Kooperation mit der Ilmenauer Firma MEODAT GmbH werden in diesem Fachgebiet schon seit einigen Jahren sehr erfolgreich Ultra-Breitbandsensoren entwickelt. Diese lassen sich weitgehend in Silizium integrieren. Sie arbeiten nach einem weltweit patentierten Konzept auf der Basis spezieller Rauschsignale. Die Bandbreite solcher Radarsensoren ist mehr als 1000-fach größer als die eines klassischen Flughafenradars. Im menschlichen Körper kann man damit Objekte bis in den Millimeterbereich auflösen. Ihre Sendeleistung beträgt dagegen nur etwa ein Milliwatt. Sie ist damit milliardenfach kleiner als die Pulsleistung bekannter Radare. Selbst die Sendeleistung eines Mobiltelefons ist noch tausendfach größer als die eines Ultra-Breitband-Radars. Ein Gefährdungspotential für organisches Gewebe wie z.B. bei einer Röntgenbestrahlung oder Herzschrittmacher ist damit vollständig ausgeschlossen. Damit würden Ultra-Breitband-Radarsensoren z.B. eine kontinuierliche Patientenüberwachung vor, während oder nach einer Operation ermöglichen.

Im Gegensatz zu Ultraschallwellen können sich Radarwellen auch im freien Raum ausbreiten. Damit wären berührungslose Messungen auch über eine gewisse Distanz möglich, wodurch sich die Handhabbarkeit der Geräte und deren Desinfektion wesentlich vereinfachen würden.

Kontakt/Information:
TU Ilmenau, Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik
Fachgebiet Elektronische Messtechnik
Dr. Jürgen Sachs
Tel. 03677 69-2623 juergen.sachs@tu-ilmenau.de