Ultraschallmesstechnik | Ein spezieller Tauchtechnikprüfkopf von Sonotec detektiert durch Laserblitze generierten Ultraschall. Die Technologie wird damit zur Grundlage für ein innovatives bildgebendes Diagnoseverfahren in der präklinischen Forschung.
Anne-Luise GellnerSonotec Ultraschallsensorik, Halle
Die bildgebende Diagnose spielt in der präklinischen Forschung eine wichtige Rolle. Hier kommt sie unter anderem bei Untersuchungen zur Ausbreitung von Medikamenten im Körper oder der Sauerstoffsättigung des Blutes zum Einsatz. Beide Messgrößen sind entscheidend für die Tumorerkennung und -behandlung. Bislang wurden diese Untersuchungen meist an toten Mäusen durchgeführt. Vor kurzem brachte die I-Thera Medical GmbH eine Technologie zur Marktreife, bei deren Einsatz die Tiere am Leben bleiben: die Multispektrale Optoakustische Tomographie (MSOT).
Dabei werden ultrakurze Laserblitze benutzt, die im Gewebe auf Moleküle des Medikaments oder im Fall der Sauerstoffsättigung auf Hämoglobin treffen. Diese werden minimal erwärmt und geben dabei Ultraschallsignale ab. Ein spezieller Ringwandler nimmt diese akustischen Signale auf, wandelt sie in elektronische um und leitet diese an die Datenverarbeitung weiter, die daraus ein Bild errechnet. Auf Basis dieser Technologie entwickelte das Münchner Unternehmen seine MSOT-Scanner-Baureihe für die präklinische Forschung. Die Geräte für die optoakustische Untersuchung von kleinen Tieren arbeiten mit Echtzeit-Bilderstellung und einer Auflösung von 150 µm. Sie eignen sich für unterschiedliche Darstellungen beispielsweise von Tumoren, Gefäßen sowie der Nieren- oder Leberfunktion.
Bei der Untersuchung wird das Versuchstier durch den ringförmigen Ultraschallwandler mit einem Durchmesser von 4 cm, einem Scanwinkel von 270° und einer Empfindlichkeit bis zu 4 cm Gewebedurchdringung geschoben und gescannt. Bei dem Ringwandler für den MSOT-in-Vision-128-Scanner handelt es sich um einen Mehrelementwandler aus 128 einzelnen Ultraschallwandlern in einem Gehäuse. Da jedes der 128 Elemente des Ringwandlers einzeln abgefragt und damit eine entsprechende Anzahl von Projektionen erzielt wird, können hochgenaue tomographische Messergebnisse gewonnen und eine hohe Auflösung erzielt werden. Die besondere Frequenzcharakteristik des Wandlers sorgt dabei für eine entsprechende Breitbandigkeit.
Der gekrümmte Ringwandler wurde speziell für diese Anwendung von der Sonotec GmbH aus Halle entwickelt. Das Unternehmen ist spezialisiert auf die Entwicklung und Produktion von Ultraschalllösungen für die unterschiedlichsten medizintechnischen und industriellen Anwendungsfelder.
128 einzelne Wandlererkennen die Maus
Der Ultraschallwandler für den Einsatz im MSOT-Scanner hatte viele Anforderungen zu erfüllen: Neben Sensitivität und Reproduzierbarkeit der Signale zählten auch Rauscharmut und geringe Störanfälligkeit sowie eine gute Abschirmung gegenüber äußeren elektromagnetischen Störungen des Wandlers dazu. „Das durch die Druckwelle der Moleküle ausgelöste Ultraschallsignal ist 1000 Mal schwächer als ein normales Ultraschallsignal. Daher benötigten wir für unseren Scanner einen extrem empfindlichen Wandler, der außerdem gut geschirmt ist und auch unter Wasser funktioniert“, erklärt Dr. Philipp Bell, CCO bei I-Thera Medical.
Die Krümmung des Wandlers ist erforderlich, weil sich die im Gewebe erzeugte Druckwelle und damit das Ultraschallsignal kugelförmig ausdehnt. Wäre der Wandler plan, wäre die Signaldetektion schwieriger. Sonotec realisierte die erforderliche doppelte Flächenkrümmung durch den Einsatz von Piezokompositen. „Mit einer normalen Keramik wäre der notwendige Krümmungsradius nicht umsetzbar gewesen“, erklärt Dr. Santer zur Horst-Meyer, geschäftsführender Gesellschafter der Sonotec Ultraschallsensorik GmbH, Halle, und maßgeblich an der Entwicklung des I-Thera-Wandlers beteiligt. Sein Unternehmen unterhält für die Herstellung komplexer Wandler eine Piezokompositfertigung. Hier wurden die Keramiken für den Ringwandler passgenau zugeschnitten und in Form gebracht. Anschließend folgte die Kontaktierung der Kabel mit den 128 Elementen und das Kalibrieren des Wandlers.
In der Zusammenarbeit mit Sonotec profitierte I-Thera von den strukturierten Entwicklungs- und Produktionsprozessen inklusive umfassender Qualitätskontrolle des Hallenser Ultraschallspezialisten. Neben der Zertifizierung nach ISO 13485 und einer entsprechenden Erfahrung im Bereich der Medizintechnik, ermöglichen die Hallenser eine präzise Umsetzung und Fertigung nach den Vorgaben der Auftraggeber: Nachdem i-Thera die erforderlichen Spezifikationen an Sonotec übermittelt hatte, entsprach der Prototyp des Ringwandlers genau den Vorstellungen der Münchner. Die erste kleine Serie ging Anfang des Jahres in Produktion. ■
www.sonotec.de Auf der Compamed: Halle 8a, Stand N08
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