Neues Terahertz-Bildgebungssystem ermöglicht schnellere klinische Diagnostik

Wissenschaftler der University of Warwick haben ein vollständig fasergekoppeltes Terahertz (THz)-Bildgebungssystem entwickelt, das die Geschwindigkeit, Auflösung und klinische Praktikabilität der Terahertz-Bildgebung erheblich verbessert.

Die Studie, veröffentlicht in Naturkommunikationdemonstriert eine kompakte Plattform mit hohem Durchsatz, die wichtige Hindernisse überwindet, die aktuelle THz-Systeme einschränken, und die nicht-invasive Gewebebildgebung in Echtzeit näher an den routinemäßigen klinischen Einsatz bringt.

Die Terahertz-Bildgebung hat sich für die biomedizinische Diagnostik als äußerst vielversprechend erwiesen, ihre Umsetzung in reale klinische Werkzeuge wurde jedoch durch sperrige Systeme und langsame Aufnahmegeschwindigkeiten behindert. Es ist ein aufregender Durchbruch, da das System dank der Faserkopplung flexibel und kompakt sein kann, sodass es als Handgerät fungieren oder in einen Roboter integriert werden kann.“

Professorin Emma MacPherson, Fachbereich Physik, University of Warwick

Terahertzwellen liegen im elektromagnetischen Spektrum zwischen Mikrowellen und Infrarotlicht. Entscheidend ist, dass sie nicht ionisierend sind (das heißt, sie bergen nicht die mit Röntgenstrahlen verbundenen Risiken) und sehr empfindlich gegenüber dem Wassergehalt, was dabei hilft, Unterschiede zwischen gesundem und krankem Gewebe aufzudecken. Trotz dieses Versprechens sind die meisten vorhandenen Terahertz-Bildgebungssysteme sperrig und langsam, was ihren Einsatz außerhalb von Speziallaboren einschränkt.

Das Warwick-Team hat diese Hindernisse überwunden, indem es ein kompaktes, faserbasiertes System entwickelt hat, das sowohl schneller als auch flexibler ist. Ihr stromlinienförmiges Design liefert nahezu videorate Bildgebung mit einer räumlichen Auflösung von etwa 360 µm (mehr als fünfmal schneller als aktuelle Systeme auf dem neuesten Stand der Technik) und bleibt dabei kompakt und anpassungsfähig.

In Proof-of-Concept-Demonstrationen unterschied das System erfolgreich zwischen verschiedenen Arten von biologischem Gewebe, einschließlich Fett und Protein in Schweineproben, und war in der Lage, Echtzeitbilder einer Wunde am Arm eines Freiwilligen zu erfassen. Aufgrund seines kompakten Designs kann es direkt am Patienten eingesetzt werden, entweder als Handgerät oder als Teil robotergestützter chirurgischer Instrumente, was neue Möglichkeiten für eine schnelle, nicht-invasive Diagnose eröffnet.

„Dieser Fortschritt bringt die Terahertz-Bildgebung näher an den klinischen Alltag heran“, fügte Professor MacPherson hinzu. „Für Patienten könnte das schnellere Antworten und weniger invasive Eingriffe bedeuten – so könnten Ärzte Wunden oder verdächtige Hautläsionen in Echtzeit beurteilen, ohne sich ionisierender Strahlung auszusetzen, und sicherere Entscheidungen am Behandlungsort treffen.“

Durch die Kombination von Geschwindigkeit, Empfindlichkeit und Portabilität stellt die Technologie einen bedeutenden Fortschritt in Richtung praktischer klinischer Terahertz-Bildgebung und medizinischer Echtzeitdiagnostik dar, die über die Labor- und chirurgische Entfernung von Hautkrebs hinausgeht.

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