Zur Form kommt Farbe: Auf Knopfdruck Licht in Blutgefäßen und Geweben

Photoakustik, Optische Kohärenztomographie und Holographie sind drei neue Konzepte der optischen Bildgebung, mit denen Ingenieure um Prof. Dr. Martin Hofmann (Photonik und Terahertztechnologie) den Blick in den menschlichen Körper deutlich schärfen wollen.

Dabei nutzen sie spezielle Laserdioden, um die Strukturinformation herkömmlicher Verfahren wie etwa den Ultraschall um zusätzliche histologische bzw. chemische Informationen zu ergänzen. Anhand solcher Aufnahmen, die Gewebeschnitten ähneln, ließe sich z.B. ein Muttermal vorab beurteilen und manche Biopsie ersparen.

Der Zusatzknopf am Ultraschallgerät

Die Photoakustik verbindet die Vorteile der Ultraschall-Bildgebung mit der Bildgebung mit Licht. Licht wird zwar normalerweise vom Gewebe gestreut, was Bildinformationen verhindert, von bestimmten Strukturen – etwa in der Umgebung eines Tumors – wird es aber absorbiert, was sich durch ein Kontrastmittel noch verstärken lässt. Im Moment der Absorption erwärmt sich das Gewebe leicht und löst eine „kleine“ Druckwelle bzw. Schallwelle aus, die ein Ultraschallgerät detektieren kann. Die Vision ist der Zusatzknopf „Laser off/on“ am Ultraschallgerät, mit dem sich bei Bedarf die Struktur- mit der Farbinformation kombinieren lässt.

Gewebe gezielt ansteuern und „hinein gucken“

Ein rein optisches Verfahren ist dagegen die Optische Kohärenztomographie (OCT). Sie beruht auf der Überlagerung (Interferenz) von Lichtwellen. Wenn das Lichtsignal in zwei Anteile zerlegt wird und beide nach einer gleich langen Wegstrecke wieder zusammen kommen, gibt es ein Interferenzsignal (feste Phasenbeziehung kohärenter Wellen). Die OCT nutzt diesen Effekt, indem ein Lichtanteil in die zu untersuchende Probe gelegt wird und der zweite Anteil über einen Spiegel eine bestimmte Wegstrecke außerhalb der Probe beschreibt (Referenzwegstrecke). Über diesen „Referenzarm“ steuern die Ingenieure gezielt eine bestimmte Tiefe im Gewebe an und „gucken hinein“. Die bereits in der Dermatologie und Augenheilkunde eingesetzte Technik wird jetzt weiterentwickelt, indem die Messgeschwindigkeit erhöht und die reine Strukturinformation um Informationen zur Zusammensetzung des Gewebes (optische Histologie) ergänzt wird.

Wenn der Pulsschlag das Bild „verwackelt“

Dagegen klingt das dritte Konzept – die Holographie, das dreidimensionale Bild – noch wie Zukunftsmusik. Dafür müsste jeder einzelne Punkt im Raum separat angefahren und Pixel für Pixel gerastert werden. Bei der dafür entsprechend langen Aufnahmezeit kommt immer der Pulsschlag dazwischen, der das Bild „verwackelt“. Mit der sog. zeitaufgelösten Holographie lassen sich nun einzelne Ebenen eines Objektes komplett aufnehmen und gleichzeitig als holographisches Bild speichern. Mit der speziellen Technik der Einzelschussholographie ist es den Bochumer Forschern gelungen mit einer einzigen Belichtung ein komplettes dreidimensionales Bild aufzunehmen. Auf das Abrastern kann somit ganz verzichtet werden.

Weitere Informationen

Prof. Dr. Martin Hofmann, Photonik und Terahertztechnologie, Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik der Ruhr-Universität Bochum, Tel.: 0234/32-22259, E-Mail: martin.hofmann@rub.de