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Zeitfragen | Beitrag vom 16.03.2017

Optoakustische DiagnoseWenn Ultraschallbilder farbig werden

Von Georg Gruber

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Der Leiter des Instituts für Biologische und Medizinische Bildgebung am Helmholtz Zentrum München, Vasilis Ntziachristos, sitzt am 09.01.2017 in München in einem Labor an einem Computer. (picture alliance / dpa / Sven Hoppe)
Vasilis Ntziachristos ist Leiter des Instituts für Biologische und Medizinische Bildgebung am Helmholtz Zentrum München (picture alliance / dpa / Sven Hoppe)

Multispektrale Optoakustische Tomographie: Hinter diesem Wortungetüm verbirgt sich eine medizinische Untersuchung, die bald so verbreitet sein könnte, wie Ultraschall. Vasilis Ntziachristos vom Helmholtz Zentrum München hat das Verfahren mitentwickelt.

Mäuse werden hier in diesem Labor untersucht, im Helmholtz-Zentrum am Stadtrand von München. Die Mäuse werden betäubt bevor sie in ein Diagnosegerät gelegt werden, erklärt Murad Omar, ein wissenschaftlicher Mitarbeiter:

"Die Maus atmet ganz normal und schläft ganz ruhig in dieser Kammer."

Sie ist fixiert mit einer speziellen Vorrichtung. Ein Laser pulst kurze Lichtblitze, die in den Körper der Maus eindringen. Das Gewebe absorbiert das Licht, erwärmt sich minimal, weitete sich dadurch und gibt deswegen Schallwellen ab. Ultraschallsignale, im nicht hörbaren Bereich.

"Ultrasound means, that it figures beyond you can actually hear by your ear."

Farbige Bilder aus Schallwellen

Diese Signale werden umgewandelt in Bilder, farbige Bilder, sagt Vasilis Ntziachristos:

"So we use the sound, but at the end of the day the image is an optical image, it is not a sound image."

Er ist Professor an der TU München und Direktor des Instituts für Biologische und Medizinische Bildgebung am Helmholtz Zentrum. Seit rund zehn Jahren arbeitet er hier an diesem Verfahren. Jedes Gewebe sendet unterschiedliche Signale aus, eine Hautzelle andere als eine Blutzelle.

"So it gives us information, that was not available before."

Neue Informationen. Mit Mikroskopen lässt sich nur die Körperoberfläche analysieren, mit Röntgenstrahlen die Knochenstruktur. Auch mit der Magnetresonanztomographie wird nicht das sichtbar, was sich optoakustisch zeigen lässt: Was ihn interessiert, sind Vorgänge auf molekularer Ebene, die Beschaffenheit der Moleküle. die Sauerstoffsättigung des Blutes zum Beispiel:

"If you are looking at specific molecules like we do, you can start understanding treatments much much faster."

Und diese Informationen sind wichtig für die rasche Diagnose und Behandlung von verschiedensten Krankheiten, da sich so leicht beobachten lässt, ob eine Therapie anschlägt oder nicht, Entzündungen und Tumore sich verändern, stagnieren oder weiterwachsen. Die optoakustischen Bilder sind ähnlich wie Ultraschallaufnahmen – nur eben bunt, je nach Zustand der Moleküle:

"So think of an ultrasound image of grey scale and we are adding colours on it and each color represents a different state of a molecule.

In einem anderen Labor steht ein älterer Laser, hier hört man lediglich die Taktung des Gerätes, natürlich auch nicht den Sound, den die Gewebeproben zurück schicken.

Korbinian Paul-Yuan: "Der Kollege misst gerade nur die Laserenergie anhand von einem Test, er macht eine Testmessung, misst jetzt keine Maus."
"Is the laser on?"
"No."
"It's just setting up experiments. Es braucht immer Wasser, dann werden die Schallwellen besser übertragen, Luft ist nicht der beste Überträger, muss man noch Temperatur messen, ist jetzt relativ unspektakulär."

Erste Geräte im Alltagstest

Korbinian Paul-Yuan arbeitet an zwei Standorten: am Helmholtz Zentrum und im Klinikum rechts der Isar. Im klinischen Alltag werden dort bereits erste optoakustische Geräte erprobt, die so ähnlich aussehen wie Ultraschallgeräte, die bei der Schwangerschaftsdiagnose eingesetzt werden:

"Unter anderem wird untersucht, inwiefern man Brustkrebspatienten helfen kann, indem man frühzeitige Diagnosen über Wirkungen von Medikamenten und dergleichen stellen kann, dann auch natürlich alle Untersuchungen, die mit Blutgefäßen zu tun haben. Bei so Standardverfahren wie Ultraschall ist eben genau der Nachteil, dass man die Blutgefäße nicht sieht und die sieht man mit Optoakustik als schöne helle Objekte in dem Bild.

Und man kann dann auch noch den Sauerstoffgehalt quantifizieren und dadurch dann wieder wichtige Informationen über die Wirkung von Medikamenten, die sehr davon abhängen, wie gut quasi diese Tumore durchblutet sind oder nicht durchblutet sind. Auch für Bestrahlungstherapie sind das alles wichtige Informationen, aus denen man sich dann erhofft, Behandlungen zu verbessern."

Das gilt auch in anderen Bereichen, etwa bei Hautkrebs, Diabetes oder Herz-Kreislauferkrankungen. Weltweit wird inzwischen mit dem in München entwickelten Verfahren gearbeitet und geforscht.

Vasilis Ntziachristos: "So it's not in the lab anymore, it's in the hospitals, but still within a research phase, people try to show its clinical value."

Verträglicher als andere bildgebende Verfahren

Es wird noch etwas dauern, bis die Multispektrale Optoakustische Tomographie ein Standardverfahren ist. Dabei ist es verträglicher als andere bildgebende Verfahren, weil keine Kontrastmittel eingenommen werden müssen:

"So it doesn't really pose any risk for humans and also for a lot information we are getting, we don't need contrastations."

Das menschliche Gewebe werde durch die Laserimpulse nicht beschädigt, sagt der Forscher. Die eingesetzte Lichtintensität sei geringer als die Sonneneinstrahlung während eines Spaziergangs an einem sonnigen Tag:

"The good thing of optoacoustic is, that its using safe light, tipicly the energy is deposited in tissue is less than you walk out on a sunny day."

Und – auch wenn es optoakustisch heißt – das Verfahren ist sehr leise. Ein Gehörschutz ist überflüssig.

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