Neben der Anwendung in der medizinischen Diagnostik kann Ultraschall auch für die Therapie unterschiedlichster Krankheitsbilder eingesetzt werden. Hierbei wird sich die mechanische und thermische Wirkung der Ultraschallwellen auf das Gewebe zu Nutze gemacht. Für zuverlässige und sichere Anwendungen entwickeln wir am IPE neuartige Therapie-Ansätze und zugehörige Hardware und Software.

Technologie

Therapie auf Basis der Ultraschall-Computertomographie

Mit der 3D-Ultraschall-Computertomographie entwickeln wir ein neuartiges Bildgebendes Verfahren für die Brustkrebsfrüherkennung. Durch mehrere Tausend Ultraschallwandler besteht die Möglichkeit von 3D-Darstellungen der Brust im Sub-Millimeter-Bereich. Gleichzeitig kann die Vielzahl von Ultraschallwandlern dazu dienen fokussierten Ultraschall zu erzeugen, welcher für Thermoablation oder Hyperthermie eingesetzt werden kann.

Hierfür ist die Entwicklung entsprechender Hardware (Ultraschallwandler, Treiber-Hardware), sowie Software (Therapie-Planung und Ansteuerungssoftware) notwendig. Im Rahmen des Projektes (siehe Publikationen) entwickeln wir Ultraschallwandler und deren angepasste elektronische Ansteuerung für ein Zeit- bzw. phasenversetztes Senden von Ultraschall-Pulsen. Die Therapieplanung erfolgt durch Lösen eines Inversen Problems, bei dem ein Fokus innerhalb der Apertur sowie die gewünschte Erwärmung des Gewebes in diesem Fokus eingestellt werden kann.

Darüber hinaus beschäftigen wir uns mit der Simulation und dem Design entsprechender Aperturen für eine optimale Verteilung von Ultraschall-Wandlern.

Durch diese Erweiterungen der Ultraschall-Computertomographie könnte es in Zukunft möglich sein, Diagnose und Therapie von Brustkerbs in einem Medizinprodukt zu vereinen.

MRT-gestützte Therapie mittels fokussiertem Ultraschall

Fokussierter Ultraschall kann in der Therapie neurodegenerativer Krankheiten, wie z. B. Alzheimer, eingesetzt werden um durch die lokale und temporäre Öffnung der Blut-Hirn-Schranke Medikamente gezielter und effektiver zu verabreichen.

In unserer Forschung beschäftigen wir uns mit der Charakterisierung kommerzieller und experimenteller fokussierter MRT-gestützter Ultraschall-Systeme für Kleintier-Anwendungen. 

Darüber hinaus entwickeln wir subjekt-spezifische Therapieplanung für initiale Studien an Mäusen. Wir beschäftigen uns mit der automatischen Segmentierung von MRT-Aufnahmen von Mäusen (Knochen, Gehirn) und der Simulation des Wellenfeldes des fokussiertem Ultraschallsystems sowie dessen Interakation mit dem Mausschädel. Anhand des simulierten Ultraschall-Feldes lassen sich Position und Schalldruck von Fokuspunkte gezielter vorhersagen. Durch iterative Anwendung der Simulation und entsprechender Optimierungsverfahren lassen sich so Parameter und Positionierung des fokussierten Ultraschallwandlers adaptieren um eine zuverlässige Anwendung zu ermöglichen.