Gewebediagnostik bei minimalem Eingriff
Operieren und Inspizieren bei minimalem Eingriff, das sind die Domänen der medizinischen Endoskopie. Nun werden diese Möglichkeiten um die Gewebeuntersuchung vor Ort erweitert. Grundlage bildet das konfokale Laserscanmikroskop (Spektrum der Wissenschaft, 10/1994, S. 78). Auf Miniaturformat brachten es Forscher des Fraunhofer-Instituts für Siliziumtechnologie in Itzehoe, der Firma Laser- und Medizin-Technologie in Berlin und der Sektion für minimalinvasive Chirurgie der Universität Tübingen im Rahmen eines BMBF-Verbundprojekts.
Wird Gewebe gleichmäßig beleuchtet und das reflektierte Licht durch ein Objektiv aufgenommen, stört zum einen Streulicht. Zum anderen überlagern sich der scharfen Abbildung des jeweils im Fokus liegenden Bereichs unscharf auch Gewebe darüber und darunter. Die Konfokaltechnik vermeidet Streulicht, indem sie einen scharf gebündelten Strahl durch eine Lochblende schickt: So wird jeweils nur ein Punkt beleuchtet. Ein Detektor empfängt die Reflexion, doch eine weitere Lochblende im Strahlengang läßt nur Strahlen aus der Schärfeebene passieren. Spiegel richten den Lichtstrahl sukzessive auf neue Punkte, das Gewebe wird also gerastert.
Die beiden, gerade mal drei Millimeter großen Spiegel für die horizontale und die vertikale Ablenkung entstanden durch Ätzen einer Siliciumwafer-Oberfläche. Ihre Aufhängung besteht aus Nickel und ist galvanisch aufgebracht. Die Verstellung der Spiegel besorgen Elektroden, nicht Elektromagnete wie bei den makroskopischen Verwandten. Der Grund: Elektromagnetische Kräfte wachsen mit dem Volumen, elektrostatische mit der Fläche des Stellglieds; letztere lassen sich also kleiner bauen. Von der Rückseite her wurde eine Aussparung in den Wafer geätzt, die den Chip zur Spiegelsteuerung samt Elektroden aufnimmt. Eine Glasfaser koppelt rotes Laserlicht ein und leitet das reflektierte Signal zu einer Photodiode; die Faser dient auch als Lochblende.
Die Diode wandelt optische in elektrische Signale, ein Rechner rekonstruiert daraus innerhalb von maximal zwei Sekunden das komplette Gewebebild mit 512 mal 512 Bildpunkten. Die Auflösung beträgt derzeit zwei Mikrometer (tausendstel Millimeter), damit lassen sich beispielsweise auch Zellkerne sichtbar machen. Die gesamte Anordnung paßt in einen herkömmlichen Endoskop-Kopf. Auch kleinere Krankenhäuser und Arztpraxen dürften sich dieses diagnostische Hilfsmittel leisten können, das die Probe-Entnahme zunächst ergänzen, später vielleicht ganz ersetzen soll. Aus einem Wafer lassen sich immerhin parallel 120 bis 160 Mikroscanner fertigen und zudem 25 Wafer gleichzeitig auf herkömmlichen Anlagen der Chipfertigung bearbeiten.
Aus: Spektrum der Wissenschaft 3 / 2000, Seite 91
© Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH
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