Ultraschall in der Medizintechnik

Ultraschall bietet in der Medizin vielfältige Informationen über den Patienten. Am bekanntesten ist die Sonographie, die Bildgebung mit Ultraschall. Inzwischen sind zahlreiche Bildgebungsmöglichkeiten verfügbar, so dass neben der reinen Abbildung zusätzliche Informationen gewonnen werden können. So erlaubt die Dopplersonographie, Fließgeschwindigkeiten von Blut innerhalb des Körpers zu messen. Eine zeitaufgelöste Messung erlaubt es beispielsweise, die Bewegung von Lungenflügeln zu verfolgen. Die Elastographie vermag es, von außen die mechanische Nachgiebigkeit von Organen zu bestimmen. So ein „berührungsloser Tastbefund“ gibt wertvolle diagnostische Informationen.

Ein weiteres wichtiges Anwendungsfeld ist die Ultraschall-Sensorik. Insbesondere die Sensorik durch Schlauchsysteme hindurch hat hohe Bedeutung. Ob in der Dialyse oder der Herz-Lungen-Maschine ist die Echtzeit-Analyse des Blutes in Schläuchen von lebenswichtiger Bedeutung. Mit Ultraschall können beispielsweise Luftbläschen erkannt und hinsichtlich ihrer Gefährlichkeit bewertet werden.

Leistungsschall (also Ultraschallwellen hoher Energie) besitzt als Therapiemöglichkeit einige Bedeutung. Durch Fokussierung können gezielt Gewebe im Körperinneren durch Hitze zerstört werden.

Ultraschall ist auch in der Medizin ein Thema mit vielen Facetten. Das Forschungszentrum beleuchtet einige davon.

Trainingsgeräte für Mediziner

Medizinische Operationen sind anspruchsvoll: diagnostischer Sachverstand, anatomisches Wissen und manuelle Fertigkeiten sind unumgänglich. Doch wie erwirbt man diese – realitätsnah aber ohne Gefährdung des Patienten? Trainingsgeräte sind dafür ideal. Ein Teilsystem des Körpers wird nachgebildet mit allen für die Ausbildung relevanten Eigenschaften.

Trainingsgerät für die Endosonographie

Mit dem Luebeck EUS Trainer (LET) haben wir in enger Kooperation mit Dr. Burmester (Sana-Kliniken Lübeck) ein leistungsfähiges Gerät zur Aus- und Weiterbildung von Medizinern entwickelt. Es hat sich im Training von medizinischen Techniken mit endoskopischem Ultraschall bewährt. Es ist gut handhabbar und vielfältig in den Trainingsmöglichkeiten.

Weitere Informationen zum Dienstleistungsangebot finden Sie Hier.

Was ist die Endosonographie?

Die Sonographie – die ultraschallgestützte Bildgebung – ist ein seit Jahrzehnten bewährtes medizinisches Verfahren. Dieses kann inzwischen auch innerhalb des Körpers eingesetzt werden, indem endoskopisch gearbeitet wird. Diese Methode heißt Endosonographie (EUS) und kann dazu dienen, minimalinvasive Operationen zu überwachen. Der durch den Ultraschall mögliche Tiefblick erlaubt es zum Beispiel, die Punktion von Gewebe zu verfolgen.

Warum trainieren?

Endoskopische Techniken verlangen vom Arzt ein hohes Maß an manuellem Geschick und Orientierungsvermögen. Auch wenn ihm optische und sonographische Bilder zur Verfügung stehen, muss er daraus Organstrukturen ableiten können und eine genaue Vorstellung von den notwendigen Arbeitsschritten beim Eingriff entwickeln. Dieses komplexe Zusammenspiel von Hand, Sehen und Wissen kann trainiert werden.

Wie funktioniert der LET?

Der Luebeck EUS-Trainer LET bietet ein Modell aus präparierten Schweineorganen bestehend aus Speiseröhre (Ösophagus), Magen mit Teilen des Zwölffingerdarms (Duodenum) sowie einem Teil des Mastdarms (Rektum). Speziell gefertigte künstliche Objekte an unterschiedlichen Lokalisationen in unmittelbarer Umgebung des oberen und unteren Magen-Darm-Traktes (Gastrointestinaltrakt) simulieren krankhafte Veränderungen (z. B. Lymphknoten) für das Training der endosonographisch gesteuerten Feinnadelpunktion (EUS-FNA).

Die Besonderheit

Das spezielle Design des LET verhindert Luftartefakte der eingebetteten Organe. In der Matrix finden Organe und künstlichen Objekte eine stabile Positionierung. Durch die Implementierung der Tierorgane ist der LET sehr realitätsgetreu und erlaubt ein sicheres Training außerhalb von Patienten.

Entwicklung mit Experten

Idee und Konzeption des LET stammen von Dr. Burmester (Sana Kliniken Lübeck). In enger Zusammenarbeit mit ihm hat das Forschungszentrum Ultraschall (Halle/Saale) den Luebeck EUS-Trainer LET entwickelt. Der Vertrieb des LET erfolgt durch die Hitachi Medical Systems GmbH (Wiesbaden).

Was kann trainiert werden?

Verschiedene Operationstechniken können mit EUS-Unterstützung trainiert werden, darunter Feinnadelpunktion. Der LET ist konzipiert für die Verwendung mit HF-Chirurgiegeräten der Firma Erbe Elektromedizin GmbH. Außerdem ist der LET durchleuchtungsfähig und damit für Röntgen und CT geeignet.

Damit punktet der LET

  • Realitätsgetreues Training
  • Gute sonografische Sichtbarkeit (auch der artifiziellen Punktionsobjekte)
  • Stabile Lage der Organe und Punktionsobjekte
  • Artefakt-Reduktion durch luftblasenfreie Einbettung der Objekte
  • Integrierte Neutralelektrode zur Diathermie
  • Bei Bedarf auch Einsatz in CT-Bildfusionstechnik (Prostata/Rektum)
  • Einfach und schnell durchzuführende Bestückung des Koffers
  • Ideal für Teamtraining

Ultraschallphantome

In der Medizin sind Phantome Nachbildungen von Organen oder Körperteilen. Solche Phantome sind in der Forschung und Ausbildung nützlich. Ohne Gefährdung von Patienten kann damit zielgerichtet gearbeitet werden. Dafür müssen die Phantome je nach Verwendungszweck bestimmte Funktionen erfüllen. Wie ein Phantom aussieht und woraus es besteht hängt somit vom Verwendungszweck ab. Die Optimierung von Phantomen für Ultraschallanwendungen ist deswegen ein dankbares Arbeitsgebiet für uns.

Stichwort Quantitative Sonographie

Viele unserer Tätigkeiten finden im Bereich der Quantitativen Sonographie statt. Diese Methoden zielen auf die physikalischen Eigenschaften von biologischen Materialien. Damit ergänzen sie die herkömmliche bildgebende Ultraschalldiagnostik (Sonographie).

Im Jahr 2015 haben wir mit Unterstützung des BMBF das erfolgreiche Innovationsforum QSonoMed durchgeführt. Einige Beispiele für die quantitative Sonographie zeigen Ihre Bandbreite. Die Dopplersonographie erlaubt es, Fließgeschwindigkeiten von Blut innerhalb des Körpers zu messen. Die Elastographie vermag es, von außen die mechanische Nachgiebigkeit von Organen zu bestimmen. So ein „berührungsloser Tastbefund“ gibt wertvolle diagnostische Informationen.

Mehrere Fragestellungen der Quantitative Sonographie beschäftigen uns derzeit.

Elastographie

In einem Förderprojekt haben wir mit einem Partner Wir entwickeln Phantome nachbilden. Einerseits sollen diese für die Ausbildung genutzt werden. Außerdem sind für die Anwender der Sonoelastographie Kalibrierkörper wünschenswert, mit denen die Reproduzierbarkeit von Untersuchungen sichergestellt werden kann. Wir arbeiten weiter auf diesem Thema.

Blutersatzflüssigkeiten

Bei der Analyse von Blut hat sich die Auswertung von Streusignalen für Aussagen zur Zusammensetzung und die Nutzung des Doppler-Effektes zur Bestimmung von Fließgeschwindigkeiten bewährt. Mit Ultraschalltechniken kann Blut in Schlauchkreisläufen beispielsweise im Hinblick auf die Gerinnungsneigung oder die Konzentration von Luftbläschen untersucht werden.  Solche Information, in vivo, nicht-invasiv und in Echtzeit aufgenommen, kann bei Operationen oder in der Intensivpflege erfolgsentscheidend sein. Das FZ-U unterstützt die Entwicklung solcher Systeme, indem es Blutersatzflüssigkeiten entwickelt und charakterisiert. Blutersatzflüssigkeiten sind wesentlich leichter zu handhaben als Blut und deswegen sehr hilfreich für die Entwicklung von entsprechender Ultraschallgerätetechnik. Je nach Einsatzgebiet muss die Blutersatzflüssigkeit unterschiedliche Eigenschaften nachbilden. Im Falle der Ultraschallsensorik sind dies mechanische Eigenschaften. Am FZ-U werden als Blutersatzflüssigkeiten eingesetzte Suspensionen mechanisch mittels eines Oszillationsrheometers frequenzabhängig hinsichtlich des komplexen Schermoduls untersucht. Außerdem wurden diese Materialsysteme bezüglich der Ultraschall-Streuung untersucht.

Flüssigkeiten in Schläuchen

Mit Ultraschallmethoden können Informationen zur Zusammensetzung von Flüssigkeiten und zu ihrer Fließgeschwindigkeit gewonnen werden. Dies ist auch durch Schläuche hindurch möglich, so dass sich ein großes Anwendungsfeld u. a. in den Bereichen Dialyse, Herz-Lungen-Maschinen und Infusionen erschließt. Die Ultraschallsensorik  Schlauchsytemen beschäftigt uns und unsere Projektpartner in einem aktuellen Projekt. Wir charakterisieren Schlauchmaterialien mit Ultraschall im Hinblick auf ihre mechanischen Eigenschaften.

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