Die Ultraschalldiagnostik ist heute das am häufigsten eingesetzte bildgebende Verfahren in der Medizin. Nahezu jedes Fachgebiet nutzt diese ungefährliche und kostengünstige Methode für Untersuchungen. Doch sie birgt auch einige Nachteile: beispielsweise ist die Detailauflösung der generierten Bilder gering; außerdem hängen die Ergebnisse von den Erfahrungen des Untersuchenden ab. Weiteres Manko ist die fehlende Reproduzierbarkeit der Bildaufnahmen. Um diese Nachteile zu eliminieren, kann statt der klassischen Sonografie, die auf dem „Phased Array” Verfahren basiert,  die holografische Sonografie bzw. 3D-Ultraschallholografie zum Einsatz kommen.

 

Die Vorteile der holografischen Sonografie im Vergleich zur klassischen Sonografie (Phased Array)

Die holografische Sonografie weist gegenüber der klassischen Sonografie mehrere entscheidende Vorteile auf: So können beispielsweise 100% der gestreuten beziehungsweise reflektierten Schallwelle aus der Sicht ihres Informationsgehalts ausgewertet werden. Da es bei der holografischen Sonografie nicht zu Phasenrauschen kommt und es nur eine Begrenzung – die Beugung der Schallwellen – gibt, wird eine signifikante Erhöhung der Auflösung erzielt. Durch die Verwendung von „sehr sauberen“ Schallwellen (d.h. mit sehr gut definierten Phasen) gehen bei diesem Verfahren keine Informationen verloren. Bei der klassischen Methode hingegen schon, denn hierbei entsteht die Welle durch die Überlagerung verschiedener Wellen, die von mehreren Sendern erzeugt werden und die dadurch nur in bestimmten Punkten eine saubere Welle durch Interferenz erzeugen. Es gibt aber auch Bereiche, in denen die Wellen nicht günstig aus der Sicht der Bildentstehung interferieren – das verursacht Artefakte, denen nichts Reales gegenübersteht. Die klassische Technik ist außerdem nicht in der Lage, 3D-Informationen unmittelbar zu liefern. Die marktüblichen Sonografiegeräte erzeugen lediglich Schnittbilder von einer relativ dicken, gemittelten Schicht, die dann zu einem dreidimensionalen Bild zusammengesetzt werden. Mit Hilfe der 3D-Ultraschallholografie kann man dagegen direkt viele dreidimensionale Bilder pro Sekunde in Echtzeit generieren, die beliebig oft reproduziert werden können.

Weiterer Vorteil der holografischen Sonografie ist, dass die Einweisungszeit des Personals in die einfach zu handhabende Technik gering ist. Die Führung des Messkopfes ist simpler, da die Schallwelle einen größeren Bereich umfasst: Im Gegensatz zur klassischen Sonografie, bei der der Messkopf mehrfach bewegt werden muss, um verschiedene Strukturen in allen möglichen Einfallswinkeln einzufangen, muss man ihn bei der holografischen Methode nur anlegen. Mit der verwendeten Elektronik können außerdem stärkere Impulse erzeugt werden, was – insofern eine höhere Reichweite erwünscht wird – von Vorteil ist. Weiterhin erlaubt die 3D-Ultraschallholografie die Herstellung tragbarer 3D-Sonografiegeräte.

 

Die Bedeutung der 3D-Ultraschallholografie am Beispiel der Mammasonografie

Laut „world breast cancer report 2012“ wurden 2011 weltweit 1,5 Millionen diagnostizierte Fälle von Brustkrebs gezählt. Nach Angaben der WHO sterben jährlich 450 000 Menschen an den Folgen dieser Krankheit. 2012 erhielten in den USA geschätzt 226 870 Frauen und 2 150 Männer mit der Diagnose Brustkrebs; etwa 39 510 Frauen und 410 Männer verstarben [Quelle: webmd.com, Oktober 2012].

Die 5-Jahres-Überlebensrate liegt weltweit bei 61%; in entwickelten Ländern wie z.B. den USA, sind es sogar 89%. Wird der Krebs in einem frühen Stadium erkannt, könnte die Rate laut webmd.com sogar bei nahezu 100%  liegen.

Durch die regelmäßige Untersuchung der Brust durch Mammografie soll Brustkrebs schon in einem möglichst frühen Stadium entdeckt und die Überlebenschancen der Betroffenen somit erhöht werden. Als Manko der Mammografie gelten jedoch falsch positive sowie falsch negative Befunde. Die Sensitivität der Untersuchung liegt zwischen 70 und 75 Prozent, was bedeutet, dass trotz Mammografie 25 bis 30 Prozent der Brustkrebserkrankungen unentdeckt bleiben. Findet die nächste Untersuchung wegen der Strahlenbelastung erst nach zwei Jahren statt, können diese falsch negativen Befunde eine erfolgreiche Behandlung bedeutend erschweren.

Brustkrebsspezialisten gehen davon aus, dass rund ein Viertel der Brustkrebs-Diagnosen falsch sind. Tausende überdiagnostizierte Frauen würden nach Mammografie-Screening ohne Grund behandelt. Bei falsch positiven Befunden steht vor allem der psychische Aspekt im Vordergrund: Frauen, die diese Diagnose erhalten, werden unnötig beunruhigt und müssen sich weiteren, überflüssigen Untersuchungen unterziehen. Eine andere Kehrseite sind sogenannte Überdiagnosen: Es gibt Brustkrebsarten, die ruhen oder so langsam wachsen, dass sie betroffene Frauen bis zu ihrem Lebensende nicht beeinflussen. Diese Fälle kann die Mammografie nicht verlässlich von gefährlichen Tumoren unterscheiden. Sie würden daher als Brustkrebs diagnostiziert und unnötigerweise behandelt.

 

Vorteile der 3D-Ultraschallholografie am Beispiel der Brustuntersuchung

Da die Ultraschallholografie nicht mit gefährlicher Strahlung arbeitet, können Brustuntersuchungen beliebig oft durchgeführt werden. Außerdem liefert die holografische Sonografie weitaus detaillierter aufgelöste Bilder, was die Anzahl falsch positiver sowie falsch negativer Befunde deutlich reduziert. Ein wesentlicher Vorteil der 3D-Ultraschallholografie liegt in der Reproduzierbarkeit der Aufnahmen. Dadurch ist die automatisierte bzw. die computergestützte Dateninterpretation/-auswertung im Bereich der Mammasonografie möglich und selbst kleinste Veränderungen in der Größenordnung von 0,1 mm werden zuverlässig erkannt. Sogar Mikroverkalkungen können detektiert werden.

Möglich ist auch die Konstruktion einer Brustscanstation. Hierbei liegt die Patientin auf einem Tisch und die Brust hängt frei und ohne Deformation in einem mit Wasser gefüllten Behälter. Innerhalb weniger Sekunden ist der Messvorgang abgeschlossen und die 3D-Ultraschallbilder können sofort begutachtet, zu einem Ultraschallspezialisten gesendet oder von der Software automatisch mit Bildern früherer Untersuchungen verglichen werden. Für die Patienten bedeutet die 3D-Ultraschallholografie eine schnelle, sichere, kostengünstige, schonende und schmerzfreie Brustuntersuchung ohne Strahlenbelastung.

 

Lösungen auf Basis der 3D-Ultraschallholografie für Industriekunden

Kun­den aus der In­dust­rie bie­tet das Un­ter­neh­men au­ßer­dem die Mög­lich­keit, ei­nen be­reits ent­wi­ckel­ten und auf Ba­sis der 3D-Ult­ra­schall­ho­lo­gra­fie ar­bei­ten­den, fäl­schungs­si­che­ren Fin­ger­scan­ner zu pro­du­zie­ren. Auch die Ent­wick­lung ei­ner Ult­ra­schall­ka­me­ra zum Bei­spiel für die zuverlässige Ob­jekt­er­ken­nung beim au­to­no­men Fah­ren sowie zur Ver­mes­sung von kom­pli­zier­ten Ge­gen­stän­den oder In­nen­räu­men von Fahr­zeu­gen ist mithilfe dieser Technologie realisierbar.