Forschungsschwerpunkt A: Sensorentwicklung

A4 – Gewebedifferenzierung mittels Wasserstrahl-Elastographie

Die Gewebeelastizität ist bei Tumorerkrankungen Veränderungen unterworfen. Das Prinzip der Wasserstrahl-Elastographie kann genutzt werden, um intraoperativ und in vivo Elastizitätsparameter von Gewebe zu bestimmen und Tumorgewebe zu differenzieren.

Gewebeelastizität als diagnostischer Marker

Die mechanische Elastizität ist ein zentraler Parameter lebender Zellen und Gewebe und einer der Parameter, welcher sich bei Tumorerkrankungen deutlich ändert. Daher werden aktuell verschiedene Ansätze verfolgt, um Gewebeelastizität zu einem neuen diagnostischen Marker in der Medizin zu machen. Mit Ultraschall-Elastographie und Magnetresonanz-Elastographie wurde bereits demonstriert, dass die Elastizität des Gewebes zur Identifikation von Tumoren dienen kann. In der Folge wurden weitere Ansätze entwickelt, mit denen die Elastizität von menschlichem Gewebe in vivo gemessen werden kann, z. B. mittels Torsions-Resonanz oder mittels Aspiration. Auch optische Ansätze werden verfolgt, z. B. unter Verwendung konfokaler Mikroskopie oder optischer Kohärenztomographie (siehe Projekt A1). Alle aktuell bekannten Verfahren zur in vivo Elastizitätsmessung von Gewebe sind jedoch mit einem vergleichsweise hohen apparativen Aufwand verbunden.

Prinzip der Wasserstrahl-Elastographie. Eine Düse erzeugt mit Druck p einen Wasserstrahl aus isotonischer Kochsalzlösung, der das Gewebe lokal verformt. Die Verformungstiefe δ wird durch die elektrische Impedanz zwischen der inneren und der äußeren (ringförmigen) Elektrode gemessen und ist ein Maß für die Elastizität des Gewebes.

Die Wasserstrahl-Elastographie

Im Projekt soll deshalb die Entwicklung und Anwendung eines Sensors für Wasserstrahl-Elastographie vorangetrieben werden. Das Funktionsprinzip des Sensors beruht auf einer Deformation des zu untersuchenden Gewebes durch einen Wasserstrahl (siehe Abbildung). Eine Düse erzeugt einen Wasserstrahl, der auf das Gewebe gerichtet wird und dieses durch den Druck p elastisch verformt. Die lokale Verformungstiefe δ hängt von den mechanischen Gewebeeigenschaften ab: Je weicher das Gewebe ist, desto ausgeprägter ist die durch den Druck des Flüssigkeitsstrahls bewirkte Deformation des Gewebes und desto stärker wird die elektrische Impedanz des Stromkreises zwischen zwei Elektroden verändert. Dies ermöglicht die Berechnung der Gewebeelastizität. Eine zweckgemäße Leitfähigkeit der Flüssigkeit wird durch Verwendung eines biokompatiblen Elektrolyten wie
beispielsweise isotonischer Kochsalzlösung erreicht.

Im Rahmen des Projekts soll dieses Prinzip auf lebendes Gewebe im Millimeterbereich übertragen werden. Im Vergleich zu anderen Methoden der Elastizitätsbestimmung von Gewebe ist das Prinzip der Wasserstrahl-Elastographie besonders einfach und kostengünstig, was den klinischen Einsatz begünstigen würde.

Kontakt

Dieses Bild zeigt  Paul Kalwa
 

Paul Kalwa

Doktorand A4

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Prof. Dr.

Tilman Schäffer

Teilprojektleiter A4

[Foto: Tilman Schäffer, Universität Tübingen]

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