Multiparametrische photoakustische Bildgebung im Rahmen der Strahlentherapie bösartiger Kopf-Hals-Tumoren

Multispektrale Photoakustik ermöglicht eine nicht-invasive, kostengünstige und dosisfreie Echtzeit-Bildgebung von lichtabsorbierenden Molekülen (Absorbern), z. Desoxyhämoglobin und sauerstoffreiches Hämoglobin in menschlichem Gewebe. Damit lässt sich die Blutsauerstoffsättigung (sO2) in Tiefen von bis zu mehreren Zentimetern bestimmen. Messungen von Korrelationen zu Blutvolumen und Kollagenkonzentration werden ebenfalls ermöglicht. Bei der photoakustischen Bildgebung wird das zu untersuchende Gewebe mit Nanosekunden kurzen Laserpulsen im nahen Infrarot (650 - 1300nm) bestrahlt. Wird Laserlicht lokal von einer Gewebestruktur absorbiert, dehnt es sich thermoelastisch aus, was eine Ultraschall-Druckwelle auslöst, die mit Hilfe eines Ultraschallkopfes gemessen wird. Anschließend kann die anfängliche Druckverteilung und damit die Absorption im Gewebe rekonstruiert werden. Da unterschiedliche Moleküle je nach Wellenlänge im nahen Infrarot ein unterschiedliches Absorptionsverhalten zeigen, lässt sich durch die Erfassung mehrerer Wellenlängen abschätzen, welche Absorber in welcher Konzentration in einer Gewebestruktur vorhanden sind. Die Wirksamkeit und Verträglichkeit der modernen hochpräzisen Strahlentherapie bei Kopf-Hals-Tumoren hängt maßgeblich von der Qualität der Bildgebung ab. Die potenziellen diagnostischen Vorteile der Photoakustik in der Strahlentherapie von Patienten mit Kopf-Hals-Tumoren betreffen vor allem die Zielvolumendefinition, die Durchführung einer bildgeführten, adaptiven Strahlentherapie und die bildgebende Tumornachsorge sowie die Tumorfrüherkennung.

Multispektrale Photoakustik ermöglicht vor allem die Analyse von Tumorhypoxien, die mehrfach mit erhöhter Strahlenresistenz und ungünstiger Prognose in Verbindung gebracht wurden. Darüber hinaus können andere Faktoren, z. analysiert werden das Blutvolumen und der Kollagengehalt im Gewebe.