Neue Technologie zur Untersuchung von Herzkranzgefäßen

Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) und das Technion – Israel Institute of Technology möchten das ändern. Der Zusammenschluss aus Forschern arbeitet deshalb an einem optoakustischen Sensor für die medizinische Ultrasonografie.

Für eine sichere kardiologische Diagnostik sind intravaskuläre Untersuchungen unumgänglich. Diese minimalinvasiven Eingriffe bringen optische Sensoren direkt in die Herzkranzgefäße und ermöglichen eine detailliertere Darstellung der Adern als sie durch äußerliche Untersuchungsmethoden möglich wären.

Optoakustische Sensorik für detailgenaue Darstellung

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler wollen nun intravaskuläre Diagnostik und Ultraschalltechnologie miteinander kombinieren. Die dafür als Standard verwendete Piezoelektronik kann jedoch nicht ausreichend miniaturisiert werden. Deshalb wird die neue Technologie auf der optischen Interferometrie beruhen:

Das intravaskuläre Modul soll mit einem optoakustischen Bildgebungssensor ausgestattet werden, um so von Innen bis zu 1 mm tiefe Einblicke in das Gewebe der Herzkranzgefäße zu ermöglichen. Dafür werden die in einer Beleuchtungsfaser geführten Laserimpulse vom Gefäßgewebe absorbiert.

Der dadurch entstehende Ultraschall wird mittels einer akustischen Linse auf ein faserbasiertes Ultraschall-Detektorelement gelenkt. Die Umwandlung in optische Signale ermöglicht eine vollständige Abbildung der Gefäßwände. Durch Abweichungen im Reflexionsmuster des optischen Interferenzfilters können so krankhafte Veränderungen des Gewebes detektiert werden.

Mit einem solchen Sensor kann die Diagnose von Erkrankungen wie zum Beispiel Arteriosklerose erleichtert werden, da eine deutlich höhere Sensitivität und Auflösung im Vergleich zur gängigen Technologie erwartet wird. Auch der Übertrag in andere Bereiche ist angedacht. Die optische Interferometrie soll als Alternative zur herkömmlichen Ultraschalldetektion auch für technische Anwendungen untersucht werden.

Verfahrenstechnik aus dem LZH

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus der Gruppe Laser-Mikrobearbeitung entwickeln die Verfahrenstechnik für die Produktion der akustischen Linse. Diese wird direkt in den Glasträger eingebracht. Dafür werden zunächst gezielt Bereiche des Trägers mit dem Laser abgetragen und im Anschluss geglättet.

Weitere Bestandteile des intravaskulären Sensormoduls sind neben der Linse auch ein Ultraschall-Detektorelement und eine ultraschallanregende Beleuchtungsfaser. Das Design sowie die Umsetzung der Signale in eine diagnostisch verwertbare Darstellung entwickeln die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Technion.

Das Forschungsprojekt „Integrated silica-based photoacoustic probe for intravascular imaging via laser micro-machining and interferometric sensors“ wird gemeinschaftlich geleitet von Prof. Dr.-Ing. Ludger Overmeyer (LZH) und Ass. Prof. Amir Rosenthal (Technion). Es wird bis Anfang 2019 im Rahmen des „Niedersächsischen Vorab“ durch das Land Niedersachsen unterstützt.