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Mehr als "Babyschauen"

Von Rosemarie Kappler

Wissen

Deutsche Institute entwickeln neue | Super-Schallköpfe. | Dadurch werden sogar Zellen sichtbar. | St. Ingbert. Ultraschall ist weit mehr als "Babyschauen". Ultraschallgeräte ersparen Patienten Operationen, die ansonsten zur Untersuchung von Gallenblase, Leber, Herz oder Gelenk notwendig wären. Ultraschall zerstört Nierensteine, löst verkrampfte Muskeln und "putzt" Zähne dort, wo die Zahnbürste passen muss. Dem bewährten und risikoarmen Untersuchungs- und Behandlungsverfahren wollen Forscher am Fraunhofer Institut für Biomedizinische Forschung (IBMT) in St. Ingbert gemeinsam mit Wissenschaftlern des Saarbrücker Leibniz-Institutes für Neue Materialien (INM) zu noch mehr Präzision verhelfen.


Mit der Abstandsmessung begann alles. Ein Ton wurde ausgeschickt und aus der Laufzeit seines Echosignales die Entfernung, etwa eines Schiffes vom Meeresgrund, berechnet. Die heutigen Schallköpfe moderner Untersuchungsgeräte schicken pro Sekunde gleich 10.000 Signale aus und empfangen deren Reflexionen nahezu zeitgleich. Hightech-Elektronik macht es möglich, aus diesem Wust von Daten zum Beispiel den Kopf oder das Händchen eines Ungeborenen heraus zu rechnen und abzubilden.

Am IBMT hat man nun mit der Entwicklung von Schallköpfen begonnen, die gleich zwei Milliarden Signale pro Sekunde ausschicken und deren Echos aufnehmen können, damit auf den Ultraschall-Bildern auch noch kleinste Details, zum Beispiel einzelne Körperzellen, zu erkennen sind. "Ohne Nanotechnik ist dies nicht möglich", erklärt Prof. Günter Fuhr, Direktor des IBMT. Dort ist die mit 30 Mitarbeitern besetzte größte europäische Forschungs- und Entwicklungsabteilung im Bereich Ultraschall angesiedelt.

Sol-/Gel-Technik

Um das beschriebene Ziel zu erreichen kooperiert sie mit der Abteilung "Technologie Nichtmetallisch Anorganische Werkstoffe" am INM in Saarbrücken. Unter anderem ist man dort damit befasst mit Hilfe der sogenannten Sol-/Gel-Technik Materialien mit völlig neuen, aber exakt definierten Eigenschaften zu entwickeln und herzustellen.

Sole sind vielseitig verwendbar: Sie lassen sich zu Pulvern, kompakten Werkstoffen oder dünnen Beschichtungen im Bereich eines Millionstel Meters verarbeiten. In dieser Größenordnung müssen sich die Kristalle für die künftigen Ultraschallgeräte bewegen, damit sie die erforderliche Schwingungszahl erreichen. Eingebettet werden die Winzlinge in Metallzylinder. Am IBMT hat man bereits einige Prototypen entwickelt. "Im Moment setzen wir sie bevorzugt in Ultraschallmikroskopen ein", erklärt Abteilungsleiter Dr. Robert Lemor.

Gegenüber dem normalen Lichtmikroskop haben Ultraschallmikroskope den Vorteil, dass sie auch in Festkörper und Flüssigkeiten eindringen können, wenn diese optisch undurchsichtig sind. Die Industrie nutzt diesen Effekt, beispielsweise um Benzin-tanks oder Rohrleitungen auf mögliche Lecks hin zu prüfen oder in der Mikroelektronik, um zu sehen, ob sämtliche Leiterbahnen eines Chips durchgängig sind oder Brüche aufweisen.

Bilder von Blutgefäßen

In der biologischen und medizinischen Grundlagenforschung machen Ultraschallmikroskope einzelne Zellen sichtbar. Davon möchten zum Beispiel Haut- und Augenärzte eines Tages profitieren, aber auch Gefäßspezialisten, die auf der Suche nach der Ursache für eine Durchblutungsstörung sind. Lemor hat bereits die Vision im Kopf, einen Katheter mit einem miniaturisierten Ultraschallkopf auszustatten, der dann zum Beispiel, in Arterien und Venen eingeführt, Bilder der Blutgefäßwände liefert.

"Bei allen Zelländerungen, ob bei der Teilung von Körperzellen, der Umwandlung von Stammzellen, der Entartung zu Krebszellen und auch bei der Wundheilung spielen mechanische Prozesse eine entscheidende Rolle. Ultraschall ist ein gutes Verfahren, Störungen sichtbar zu machen, sofern die Frequenzen hoch genug sind", erklärt Lemor.

Eine praktische Anwendung wird zur Zeit an der Berliner Charité untersucht. Ein Ultraschall-Prototyp aus der IBMT-Werkstatt macht den Zerstörungsprozess bei der Hitzebehandlung von Lebertumoren sichtbar.