Unter die Haut geschaut

Toronto (Kanada) - Es gibt viele Situationen, bei denen Ärzte Einblick in die Tiefenstruktur von Knochen oder Gewebe benötigen: etwa zur Untersuchung von Brüchen oder um zu bestimmen, wie tief eine Verbrennung reicht. Gewöhnliches Röntgen liefert aber nur flache, zweidimensionale Bilder. Höherwertige dreidimensionale Aufnahmen mittels Röntgentomographie sind nicht nur bedeutend teurer, sondern auch mit einer gewissen Strahlenbelastung verbunden. Ultraschall wiederum kennt diese Probleme nicht, liefert aber keine so scharf aufgelösten Bilder. Eine neue, nicht-invasive Methode könnte das medizinische Instrumentarium in Zukunft erweitern. Kanadische Wissenschaftler haben ein Tomographieverfahren entwickelt, das sich einfacher Wärmestrahlung bedient und trotzdem eine hohe Auflösung erzielt. Wie die Forscher im Fachblatt „Nature Photonics“ berichten, können sie bis zu einige Millimeter in undurchsichtiges Material „hineinschauen“. Die neue Methode eignet sich nicht nur für medizinische Anwendungen, mit ihr lassen sich etwa auch verborgene Bohrlöcher in Stahl nachweisen.

„Unser Verfahren liefert auch in völlig undurchsichtigem Material noch scharfe Bilder“, sagt Andreas Mandelis von der Universität Toronto. Die „photothermische Kohärenz-Tomographie“ genannte Methode beruht auf Techniken, wie sie in ähnlicher Weise beim Radar schon üblich sind. Im Gegensatz zu den Radarwellen nutzt sie aber die sehr viel kurzwelligere Infrarotstrahlung. Zwei kurze Laserpulse mit unterschiedlicher Dauer werden auf das zu untersuchende Objekt gelenkt und die zurückfallende Strahlung anschließend mit einer Infrarotkamera aufgezeichnet. Mit Hilfe einer ausgeklügelten Computeranalyse und intelligenter Pulssteuerung konnten die Forscher so die räumliche Struktur des Objektes in allen drei Dimensionen vermessen. Dabei gelang es ihnen sogar, Strukturen zu bestimmen, die kleiner als ein zehntel Millimeter waren.

„Mit der photothermischen Kohärenz-Tomographie können wir bis zu vier Millimeter unter die Oberfläche blicken“, so Mandelis. „Das ist deutlich tiefer als vergleichbare Technologien.“ Das neue Verfahren erlaubt nicht nur einen wesentlich tieferen Blick ins Material als vergleichbare Methoden. Die neue Technologie ist auch nicht-invasiv, ruft also keinerlei Schädigung am Untersuchungsobjekt hervor. Damit eignet sie sich ebenso für medizinische Zwecke wie zur zerstörungsfreien Materialprüfung.

Die Forscher testeten ihr Verfahren unter anderem an Ziegenknochen und an verbranntem Gewebe. Insbesondere für die Untersuchung von Verbrennungen scheint die Methode interessant, weil sie ohne Kontakt und folglich steril erfolgen kann und keine Nebenwirkungen hat. Durch die Laserpulse erhöht sich die Temperatur im Gewebe um höchstens zwei Grad, was unterhalb der gesetzlichen Vorschriften ist.