Ultraschallbilder jenseits des Diffraktionslimits
Mit Schall reflektierenden Mikroblasen könnten selbst feine Blutgefäße in hoch aufgelösten Aufnahmen sichtbar werden.
In der optischen Mikroskopie ermöglichen ausgeklügelte Methoden schon länger eine räumliche Auflösung deutlich unter dem klassischen Diffraktionslimit. Neben der Nahfeldmikroskopie helfen etwa fluoreszierende Partikel dabei, Details bis auf 50 Nanometer genau zu erkennen, obwohl Licht mit einer Wellenlänge von 650 Nanometern genutzt wird. Diese Technik übertrugen französische Forscher vom Institut Langevin in Paris nun mit Mikroblasen in einer Flüssigkeit auf bildgebende Ultraschallverfahren.
Abb.: Ultraschallaufnahmen von bis zu 40 Mikrometer feinen Kanälen (links): Gegenüber konventionellen Techniken (Mitte) bietet die SAULM-Methode dank Mikroblasen (rechts) eine deutlich erhöhte Bildauflösung. (Bild: Institut Langevin, CNRS, ESPCI, INSERM)
„Mit unserer Schall-aktivierten Ultraschall-Mikroskopie (SAULM, sono-activated ultrasound localization microscopy) können wir die physikalischen Auflösungsgrenzen überwinden“, sagt Olivier Couture aus der Arbeitsgruppe Physique des Ondes pour la Médecine. Mit seinen Kollegen fertigte er dazu bis zu 40 Mikrometer feine Kanäle in einer Kunststoffblock aus Polydimethylsiloxan. Durch dieses Labormodell für filigrane Blutgefäße ließen sie eine Flüssigkeit strömen, in denen sie ein bis drei Mikrometer kleine Blasen aus Schwefelhexafluorid bliesen. Diese Blasen reagierten auf Ultraschallwellen und lieferten beim Zerplatzen ausreichend Signale, um ein hoch aufgelöstes Ultraschallbild der Mikrokanäle aufnehmen zu können.
Für ihre Versuche griffen Couture und Kollegen auf ein herkömmliches Ultraschallgerät zurück, wie es derzeit auch in Kliniken eingesetzt wird. Bei einer Frequenz von acht Megahertz konnten die Wellen mehrere Zentimeter in den Kunststoffblock eindringen. Diese Ultraschallwellen mit einer Wellenlänge von 870 Mikrometern trafen mit einem Schalldruck von 450 Kilopascal auf die Mikroblasen und ließ diese platzen. Die resultierenden Reflexionssignale konnten die Forscher mit Ultraschallsensoren mit einer schnellen Aufnahmerate von über 1000 Hertz auffangen. Mit einem speziellen Filterverfahren ließen sich im Computer nützliche Reflektionsdaten aussortieren, die jeweils einzelnen Mikroblasen zugeordnet werden konnten. In ein Bild umgesetzt ergab sich eine räumliche Auflösung von etwa 80 Mikrometern. Eine herkömmlich durchgeführte Sonografie ohne Mikroblasen und mit sonst gleichen Randbedingungen lieferte nur bis auf gut einen Millimeter aufgelöste Bilder.
Ultraschalluntersuchungen, die bis zu 13 mal genauere Aufnahmen liefern als mit bisher verbreiteten Methoden, könnten besonders für die Beurteilung filigraner, erkrankter Blutgefäße hilfreich sein. Bis das SAULM-Verfahren allerdings Patienten zu Gute kommen könnte, sind noch viele weitere Arbeiten nötig. Zuerst müssten auf die erfolgten in vitro-Tests weitere Versuche mit organischem Gewebe und später an Tieren folgen. Dabei bestünde die Möglichkeit, Mikroblasen durch externe Ultraschallpulse gezielt und für kurze Zeiten etwa im Blut zu erzeugen. Gelängen diese Schritte, könnten darauf klinische Tests in Krankenhäusern folgen, um in Zukunft etwa verstopfte Kapillargefäßen schneller und zuverlässiger zu entdecken als bisher.
Jan Oliver Löfken
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