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FP7

HIFI Ergebnis in Kürze

Project ID: 327391
Gefördert unter: FP7-PEOPLE
Land: Deutschland

Die optoakustische Mesoskopie ist zur Revolutionierung der Medizin bereit

Die Haut ist ein großes Organ, welches von einer Vielzahl an Erkrankungen betroffen sein kann. Der modernen Palette an Bildgebungsverfahren für die Haut mangelt es allerdings entweder an Eindringtiefe (optische Verfahren) oder an ausreichendem Kontrast (Ultraschall). Zur Überwindung dieser Hindernisse haben wir eine klinische optoakustische Breitband-Mesoskopie entwickelt, bei der es sich um das einzige Verfahren handelt, welches die gesamte Eindringtiefe mit einer hohen Auflösung und einem hohen Kontrast abbilden kann. Hierdurch birgt dieses Verfahren das Potenzial, unser Wissen und unsere Behandlungsweise zahlreicher schwerer Erkrankungen in tiefgreifender Weise beeinflussen zu können.
Die optoakustische Mesoskopie ist zur Revolutionierung der Medizin bereit
Hauterkrankungen wirken sich in wesentlicher Weise auf der sozioökonomischen und Gesundheitsversorgungsebene aus. Aktuelle hochmoderne optische Bildgebungsverfahren – wie Dermoskopien und konfokale Mikroskopien – liefern nur eine Teilansicht der Haut und werden stark durch die Lichtstreuung beeinflusst, welche die Eindringtiefe auf oberflächliche wenige hundert Mikrometer beschränkt. Die erwähnten optischen Verfahren können die gesamte Tiefe der Haut, die etwa 1,5 mm beträgt, nicht visuell darstellen. Da die Gefäßstruktur der Haut Symptome zahlreicher Erkrankungen aus vielen medizinischen Bereichen widerspiegelt, wäre es von großem Interesse und Belang, eine Bildgebungsmodalität zur Verfügung zu haben, welche eine Visualisierung des Hautgefäßsystems ermöglicht. Auch wenn eine optische Kohärenztomografie (Optical Coherence Tomography, OCT) aufgrund von Kohärenz-Gating etwas weiter als ein paar hundert Mikrometer eindringen kann, erlaubt die Beschaffenheit des Kontrastmechanismus keine Darstellung biologisch relevanter Verbindungen wie Hämoglobin. In ähnlicher Weise kann Ultraschall zwar tief in das Gewebe eindringen, diese Verfahren sind jedoch auf die Verabreichung externer Stoffe angewiesen, um Hämoglobin bei einer hohen Auflösung darzustellen.

Mit finanzieller Unterstützung der EU bewertete das HIFI-Team (Hybrid fluorescence optoacoustic imaging) die Möglichkeiten eines neuen optoakustischen Mesoskopiesystems zur Hautbildgebung. Das herausragende Merkmal dieser besonderen Technik ist die Verwendung optoakustischer Detektoren, welche in der Lage sind, Breitbandsignale zu erkennen, deren Frequenzinhalt von wenigen MHz bis nahezu 180 MHz reicht. Diese Breitbandfähigkeiten ermöglichen eine Abbildung von Objekten in unterschiedlichen Maßstäben, welche von ~ 5 μm bis ~ 100 μm tief im Gewebe (~4mm) reichen. Erwähnenswerter Weise wurde das System verkleinert, um einen benutzerfreundlicheren, handlichen Betrieb zu erreichen.

Unter Verwendung von gewebeähnlichen Materialien bestätigten die Forscher die Möglichkeit des Systems zur Darstellung kleiner Strukturen, die als die kleinsten Hautkapillare identifiziert worden waren sowie der größeren Gefäße der tieferen Hautschichten. Außerdem enthüllten rekonstruierte Bilder von nachfolgenden in-vivo-Experimenten die gesamte Gefäßstruktur der Haut sowie weiterer epidermaler Elemente wie dem Stratum germinativum und dem Stratum corneum, das Gefäßsystem wurde anhand starker optoakustischer Signale abgeleitet, die durch Hämoglobin erzeugt worden waren. Hierbei handelte es sich um die erste in-vivo-Demonstration zur Machbarkeit der Verwendung von Hautgefäßstrukturen zu diagnostischen Zwecken.

Pilotstudien zu Hauterkrankungen wie Schuppenflechten, Ekzemen, einer Vasculitis und Angiomen deuteten darauf hin, dass das System ein enormes Potenzial aufweist, um einen nachhaltigen Beitrag für die Diagnostizierung von Hauterkrankungen und für die Behandlungsstrategien zu leisten. Da das Hautgefäßsystem nicht nur Symptome hautassoziierter Erkrankungen widerspiegelt, sondern auch andere Malignitäten (z. B. Diabetes oder Bluthochdruck), wird damit gerechnet, dass die optoakustische Mesoskopie weit über den Bereich der Dermatologie hinausgeht. Als notwendigen Schritt für die klinische Übertragung der Technik hat das HIFI-Team bereits damit begonnen, von dem Konzeptnachweis-Prototypen zum Bau eines stabilen Systems überzugehen, um die Grenzen der bildgebenden Möglichkeiten zu erforschen, um spezifische klinische Anforderungen zu ermitteln, die über hautbezogene Erkrankungen hinausgehen und um die tatsächliche Wirkung des Systems in dem jeweiligen spezifischen klinischen Setting zu quantifizieren.

Verwandte Informationen

Fachgebiete

Scientific Research

Schlüsselwörter

Optoakustische Tomographie, menschliches Gewebe, Ultraschallwellen, Hauterkrankungen, Bildgebung
Datensatznummer: 188380 / Zuletzt geändert am: 2016-08-25
Bereich: IT, Telekommunikation