Zusammenfassung
Bei Hyperthermiebehandlungen ist eine ortsaufgelöste Temperaturüberwachung für eine erfolgreiche Krebstherapie notwendig. Dieser Beitrag stellt ein Verfahren vor, das es erlaubt, nicht nur relative Temperaturänderungen zu erfassen, sondern eine konkrete Zuordnung einer Temperatur zu einem Messpunkt durchzuführen. Mithilfe von Ultraschall-Annular-Arrays wird die Longitudinalwellengeschwindigkeit in Gewebephantomen gemessen. Die aufgenommenen Signale werden synthetisch fokussiert und die Signalenergie bei Variation des Fokussierungsregimes ausgewertet. Die Funktionsfähigkeit und die erreichbare Genauigkeit werden anhand modelltheoretischer Betrachtungen bestätigt. Abschließend wird die Leistungsfähigkeit des Verfahrens anhand der Überwachung eines Heizvorgangs demonstriert.
Abstract
To optimize hyperthermia in cancer therapy, a monitoring of temperature in the tumor and in the surrounding tissue is necessary during the therapy. This contribution introduces a spatially resolved method to measure the longitudinal wave speed by analyzing the reflected ultrasonic signals from small scatterers in a tissue phantom without needing any large reflectors at known positions. The measurements are done with pre-focused annular arrays and the recorded signals are focused synthetically. Sliding the analysis window through the whole signal allows to determine the mean longitudinal wave speed for each depth. As the longitudinal wave speed depends on temperature, this gives the temperature distribution along the acoustic axis of the transducer. To qualify the technique, measurements are done on a tissue phantom for constant sound velocity. The capabilities of the method are demonstrated by monitoring the temperature distribution during local heating of a tisuue phantom. Additionally, the reachable accuracy, as well as reachable temporal and local resolution are discussed and the accuracy is analized by sound field simulations.
Funding source: Deutsche Forschungsgemeinschaft
Award Identifier / Grant number: 260366138
Funding statement: Die Autoren danken der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) für die finanzielle Unterstützung im Projekt: 260366138, und SONAXIS für den Aufbau eines Hochtemperaturwandlers.
About the authors
Mario Wolf studierte Elektrotechnik und ist seit 2011 am IFE tätig. Seine Arbeitsschwerpunkte sind die Simulation der Schallausbreitung und die Signalverarbeitung.
André Juhrig studierte Elektrotechnik an der TU Dreden und ist seit 2014 als wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Ultraschall-Arbeitsgruppe tätig. Sein Schwerpunkt ist die Elektronikentwicklung und die Gerätekonstruktion.
Katherina Rath arbeitet seit 2013 am Institut für Festkörperelektronik und ist u. a. für die Herstellung der PAA-Gele zuständig.
Dr.-Ing. Felix Krujatz schloss 2011 das Studium der Biotechnologie an der TU Braunschweig. Im Anschluss wechselte er an den Lehrstuhl für Bioverfahrenstechnik der TU Dresden und promovierte 2016 unter der Leitung von Prof. Bley zum Thema „Entwicklung und Evaluierung neuer Bioreaktorkonzepte für phototrophe Mikroorganismen“. Derzeit forscht er als Postdoktorand am Institut für Naturstofftechnik der TU Dresden in der Arbeitsgruppe Pflanzen- und Algenbiotechnologie an der Entwicklung industrieller Mikroalgenprozesse.
Elfgard Kühnicke entwickelte Verfahren zur Schallfeldmodellierung zur Anwendung auf dem Gebiet der Schallemissionsprüfung und der Ultraschallmesstechnik. Sie promovierte 1985 an der Otto-von-Guericke-Universität zum Dr. rer. nat. und habilitierte sich 2001 an der Technischen Universität Dresden. Seit 2006 ist sie apl. Professor für Ultraschalltechnik an der Technischen Universität Dresden und baute sich eine eigene Arbeitsgruppe auf. Ihre Forschungsinteressen zielen auf die Nutzung der Schallfeldmodellierung zur Entwicklung schallfeldbasierte Ultraschallmessverfahren und zur Optimierung von Ultraschallköpfen für Medizin und die Zerstörungsfreie Prüfung.
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