Schallfeldformung zur Reduzierung der Behandlungszeit bei der Therapie mit hochenergetischen fokussierten Ultraschallwellen

Die Therapie mit hochenergetischen fokussierten Ultraschallwellen (HIFU, high intensity focused ultrasound) ist eine minimal invasive Methode, Tumorgewebe lokal thermisch zu zerstören. Als Ultraschallquellen werden meist hoch fokussierende Ultraschallwandler verwendet, die nur geringe Ablationsraten zulassen, was bei großen Tumoren zu langen Behandlungszeiten führen kann. Gegenstand dieser Arbeit war es, Möglichkeiten zur Reduktion der Therapiezeit zu untersuchen. Zunächst wurden mittels mathematischer Simulationen Ultraschall-Vorsatzlinsen zur Modifikation eines gegebenen fokussierten Schallfeldes entwickelt. Die zwei besten Linsen wurden aus Polystyrol angefertigt und experimentell untersucht. Hierzu diente ein neues, im Rahmen dieser Arbeit entwickeltes, gewebeähnliches Ultraschallphantom aus einer mit Hühnereiweiß dotierten Polyacrylamidmatrix. In einem weiteren Schritt wurde für eine gegebene klinische HIFU-Therapieeinheit mittels Simulationsrechungen ein optimierter Phased Array Ultraschallwandler konstruiert. Sowohl in den Simulationen als auch experimentell konnte gezeigt werden, dass mit den entwickelten Ultraschalllinsen die Ablationszeiten bis auf ein Fünftel reduziert werden können. Das entwickelte Ultraschallphantom ist transparent und zeigt bei Temperaturen über 67°C sichtbare weiße Koagulationen. Die theoretischen Untersuchungen zum Aufbau eines Phased Array Ultraschallwandlers (Durchmesser 100 mm, Brennweite 88 mm) haben gezeigt, dass eine randomisierte Elementanordnung von 217 Einzelelementen mit einem Elementdurchmesser von 4,5 mm bei einer Frequenz von 1,5 MHz für die Therapie von Mammatumoren in der vorgegebenen Therapieeinheit optimal sind. Die in dieser Arbeit entwickelten Ultraschalllinsen werden zukünftig zur Beschleunigung der HIFU-Therapie von Tumoren der Mamma klinisch eingesetzt. Mit dem transparenten Ultraschallphantom ist ein standardisiertes Hilfsmittel geschaffen worden, das den Vergleich von Simulation und Experiment deutlich vereinfacht. Eine Realisierung des konstruierten Phased Array Wandlers würde die HIFU-Therapieeinheit noch weiter flexibilisieren