Die 3. Dimension in der Medizin

Die Holografie hat sich in vielen Bereichen des Alltags durchgesetzt: Ludwig van Beethoven zwinkert aufmunternd von den Sicherungshologrammen der Euroscheckkarte Autoreifen, Raketentriebwerke und Turbinenkränze werden mit Hilfe von holografischen Messmethoden auf Materialfehler untersucht.
Nun setzen auch Ärzte verstärkt auf die Holografie, egal, ob sie Knochen, Augen, Gefäße oder Herzklappen der Patienten betrachten und untersuchen möchten. Denn Hologramme lassen sich ohne Rechner herstellen und ohne Bildschirm betrachten.
Gert von Bally, Physiker am Labor für Biophysik des Instituts für Experimentelle Audiologie der Universität Münster, präzisiert die Ergebnisse seiner neuesten Arbeiten mit einem Satz: „Nur die Holografie ermöglicht es erstmals in Verbindung mit Mini-Endoskopen, einer Kamera, winzigen optischen Fasern und Laserlicht, Bilder aus dem Körperinneren anschaulich und mit großer Schärfentiefe herzustellen.“
Der Holografie-Forscher an Europas größter Forschungsstätte für die Übertragung holografischer Methoden auf die Medizin, arbeitet mit einer Technik, für deren Entdeckung der ungarisch-englische Physiker Dennis Gabor 1971 mit dem Nobelpreis geehrt wurde. Es ist ein dreidimensionales, optisches und nichtoptisches Aufnahme-, Speicher- und Rekonstruktionsverfahren von Gegenständen, Lebewesen, Filmsequenzen, Organen und Zellen. Die Aufzeichnung der räumlichen Informationen erfolgt mittels Laser-, Mikro-, Infrarot-, Ultraschall- und neuerdings auch mit Röntgenwellen.
In der Heilkunde lassen sich damit Hornhauteinschnitte nach einer OP analysieren oder Augenkrankheiten frühzeitig erkennen. In der Orthopädie beginnt man die Methode zu nutzen, um den Sitz von Hüftgelenkprothesen und Kunstgelenken zu prüfen.
Durch besondere chemische Entwicklungsverfahren ist es den Münsteraner Biophysikern gelungen, den 3-D-Blick in den menschlichen Körper im Vergleich zur herkömmlichen Endoskopie „um den Faktor 1000“ zu schärfen: Das Auflösungsvermögen ihrer Hologramme reicht bis zu drei tausendstel Millimeter. Das genügt, um selbst Zellen auf den mit Lasern belichteten Bildern erkennen zu können.
Auch den Farben der Raumbilder haben die Forscher durch neuartige Emulsionen ihre fahle Monochromie ausgetrieben. So lassen sich jetzt auch auf den 3-D-Bildern der Holografie-Experten nach Belieben Zellkerne oder Zellmembranen farbig darstellen.
Dank holografischer Biopsie müssen Gewebeproben nicht mehr wie bisher mit Nadeln aus dem Gewebe herausgepiekst werden. Ein 3-D-Bild der betreffenden Region reicht. An der virtuellen Gewebeprobe kann der Pathologe ebenso genaue Untersuchungen vornehmen. „Das ist ein enormer Fortschritt in der Tumordiagnostik“, betont von Bally.
Um die magischen 3-D-Laserbilder zu realisieren, bedurfte es eines genialen Tricks. In Kooperation mit der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne verknüpften die Forscher Endoskopie und Holografie in einem speziellen Endoskop und einer miniaturisierten Kamera zur Endoholografie. Künftig, wollen die Physiker winzige Speicherkristalle wie Lithium-Niobat als holografische Aufzeichnungsmaterialien in die Endoskope einbauen. Deren „kristallenes Gedächtnis“ speichert die Raumbilder während der Aufnahme und lässt sich digital weiterverarbeiten.
Der Stolz der Münsteraner Hologramm-Experten ist die Herzklappenholografie, die die Forscher in Zusammenarbeit mit der RWTH Aachen und der Universitätsklinik Essen entwickelt haben. Hierbei lassen sich die Schwachstellen der Klappen sichtbar machen. Vor allem aus Schweineklappen geschneiderte Ersatzteile, so die Tester, seien häufig schlecht gearbeitet.
Die Forscher ermittelten mikrometerkleine Gewebedefekte, Fettablagerungen sowie Mängel am Klappendesign, die zu einer vorschnellen Verkalkung der Implantate führen. Das neue Verfahren, so die Physiker, biete nun erstmals die Möglichkeit einer effektiven Qualitätskontrolle: Der Chirurg kann die Bioprothese vor der Operation wie auf einem TÜV-Stand durchchecken. BODO DORRA