Optoakustische Bildgebung

Zusammenfassung

Klinisches/methodisches Problem

Bildgebende Verfahren spielen eine immer größere Rolle in der modernen medizinischen Diagnostik. Ultraschall ist eine der am weitesten verbreiteten Modalitäten, weist jedoch im Vergleich zu anderen Verfahren einen geringen Weichgewebekontrast auf. Darüber hinaus ist Ultraschall aufgrund der verfügbaren Kontrastmittel nur bedingt als Methode für die molekulare Bildgebung einsetzbar.

Radiologische Standardverfahren

Erweiterungen der konventionellen Sonographie wie z. B. Doppler oder kontrastverstärkter Ultraschall erlauben die kontrastreiche und funktionelle Abbildung der Vaskularisierung. Als Methode für die molekulare Bildgebung bleibt Ultraschall jedoch auf die Gefäße beschränkt.

Methodische Innovationen

Die Optoakustik kombiniert die Vorteile der Optik (hoher Kontrast) mit denen des Ultraschalls (geringe Streuung, hohe Auflösung). Bei dieser Technik werden Signale gemäß der lokalen (stark gewebeabhängigen) optischen Eigenschaften mit hohem Kontrast erzeugt und mit einem akustischen Verfahren ausgelesen.

Leistungsfähigkeit

Die Optoakustik weist den Vorteil der Skalierbarkeit hinsichtlich der Auflösung auf und kann für die komplette Bandbreite von in vivo über präklinisch bis am Patienten eingesetzt werden. Bei Auflösungen im Bereich des klinischen Ultraschalls (100–400 µm) kann Gewebe mit optischem Kontrast über mehrere Zentimeter Tiefe abgebildet werden.

Bewertung

Im Gegensatz zum klassischen Ultraschall ist die Optoakustik für den Einsatz als Verfahren für die molekulare Bildgebung geeignet. Diverse Kontrastmitteltypen wurden ebenso wie verschiedene technische Umsetzungen als Bildgebungssystem bereits präklinisch erprobt. Die Technik steht an der Schwelle zur Anwendung in der Klinik und erste Studien sind bereits angelaufen.

Empfehlung für die Praxis

Erste Studien laufen derzeit zur Diagnose von Brustkrebs, arthritischen Erkrankungen sowie Hautveränderungen.

Abstract

Clinical/methodical Issue

Imaging modalities play an increasing role in today’s medical diagnostics. Among them, ultrasound (US) is one the most widespread techniques although it has relatively poor soft tissue contrast. Furthermore, US is poorly suited as a modality for molecular imaging (MI).

Standard radiological methods

Methods such as Doppler and contrast-enhanced US (CEUS) allow functional imaging of the vasculature; however, ultrasound-based MI remains limited to the vascular network due to the size of available contrast agents.

Methodical innovations

Optoacoustic imaging combines the benefits of optics (high contrast) with those of acoustics (low scattering and high resolution). In this technique, signals are generated in tissue with high contrast depending on the local optical absorption coefficient and detected with an acoustic procedure.

Performance

Optoacoustic imaging can intrinsically be scaled in terms of resolution and is therefore usable in various applications from in vitro microscopy, to preclinical small animal imaging up to clinical imaging. With a resolution in the range of clinical ultrasound systems (100–400 µm), highly scattering tissue can be imaged up to several centimeters in depth.

Achievements

In contrast to conventional ultrasound imaging, optoacoustic techniques are highly suitable for MI. Various contrast agents as well as different technical implementations of the approach have already been preclinically evaluated. The technique is currently close to being transferred to clinical implementation and the first studies have already been started.

Practical recommendations

Clinical studies are ongoing with respect to early diagnosis of breast cancer and arthritis. Furthermore, the suitability of the technique for skin imaging is currently being investigated.