Kontinuierliches, nichtinvasives Gewebstemperatur-Monitoring im Körperinneren während Hyperthermie auf Basis von ultrabreitbandiger Mikrowellensensorik

• Antragsteller: Dr.-Ing. Marko Helbig
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Biomedizinische Systemtechnik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 336022083

Das Forschungsvorhaben hat zum Ziel, in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Prof. Jan Vrba (CTU Prag) ein Verfahren zur nichtinvasiven kontinuierlichen Messung und Bildgebung der Gewebstemperatur im Körperinneren mit Hilfe ultrabreitbandiger (UWB) Mikrowellensensorik zu entwickeln. Ein derartiges System ist insbesondere als Monitoringverfahren in der Thermotherapie / Hyperthermie von großem klinischem Interesse. Bislang verfolgte Ansätze der nichtinvasiven Temperaturüberwachung konnten sich nicht im klinischen Alltag etablieren, was zur Folge hat, dass zumeist noch invasiv eingebrachte Temperatursonden inkl. der damit verbundenen Risiken zum Einsatz kommen. Daher ist es das Ziel dieses Forschungsvorhabens, dies durch eine neue, nichtinvasive Methode zu ersetzen, welche die sich mit der Erwärmung ändernden dielektrischen Gewebseigenschaften in einem sehr breiten Frequenzbereich (bis ca. 6 GHz) analysiert und zur Temperaturschätzung heranzieht. Neben der zunächst anvisierten Applikation während Hyperthermie, soll mit diesem Projekt ein Beitrag geleistet werden, um diese potentiell kostengünstige und kompakt aufgebaute Sensortechnik auch in anderen klinischen Bereichen zur nichtinvasiven messgenauen Gewebstemperaturerfassung und Überwachung einzusetzen.Zur Lösung dieses innovativen Ansatzes werden folgende Aufgabenstellungen / Ziele adressiert: - Temperaturabhängige dielektrische Spektroskopie im Mikrowellenbereich von Gewebe, Gewebsimitaten und Suspensionen mit magnetischen Nanopartikeln (MNP) - Konzeption eines UWB-Messsystems (insbes. Antennendesign) und Optimierung der Arbeitsbedingungen (u.a. Polarisation, Bandbreite) zum Einsatz während Mikrowellen-Hyperthermie-Behandlung - Extraktion und Analyse temperatursensitiver UWB-Signaturen- Entwicklung einer echtzeitfähigen Signalverarbeitung zur robusten Detektion und Quantifizierung von Temperaturänderungen im Gewebe unter Berücksichtigung von Drift, Bewegungsartefakten, Gewebsheterogenität und Gewebeperfusion - 3D-Bildgebung der Temperaturverteilung in homogenen und heterogenen Gewebsphantomen

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Tschechische Republik
• Partnerorganisation: Czech Science Foundation
• Kooperationspartner: Professor Dr. Jan Vrba