Gemeinschaftsprojekt Elastomere für die Sonoelastographie
Projektlaufzeit: 22.02.2016 – 28.02.2018
Projektpartner:
- Forschungszentrum Ultraschall gGmbH Halle
Projektvolumen von PSM: 133 Tausend Euro
Ziel des Gemeinschaftsprojektes: Ziel des Projektes ist die Entwicklung von Elastographie-Phantomen mit definierten elastischen Eigenschaften. Als Ergebnis des geplanten Projektes soll ein Elastographie-Phantom für die Zugfestigkeit von Narbengewebe entwickelt werden. Neben den elastischen Eigenschaften soll dabei vor allem die realitätsnahe Geometrie einer Kaiserschnittnarbe realisiert werden. Das Phantom kann damit in der Ausbildung und Qualifizierung von Medizinern auf dem Gebiet der Elastographie eingesetzt werden.
Für die Herstellung eines solchen Phantoms sind Elastomere mit einer Vielzahl von verschiedenen Eigenschaften notwendig. Die Hauptanforderung sind gezielt einstellbare elastische Eigenschaften, die mit denen von natürlichem Narbengewebe vergleichbar sind. Aus der Vielzahl der möglichen Zweikomponentensysteme auf Silikon- bzw. PU-Basis werden zunächst geeignete handelsübliche Systeme identifiziert und hinsichtlich der Eignung für den Phantombau untersucht. Die notwendige Variation der elastischen Eigenschaften erfolgt dabei zunächst über die Kontrolle der Vernetzungsbedingungen. Im Verlauf des Projektes werden dann auf der Basis dieser Erfahrungen eigene Syntheseansätze entwickelt. Ein wesentlicher Punkt der Materialentwicklung wird neben der Modifizierung der elastischen Eigenschaften auch die Variation der akustischen Eigenschaften mittels zusätzlicher Streukörper sein. Ziel ist es, einen möglichst umfangreichen „Baukasten“ zu entwickeln, der es erlaubt, auf der Basis eines Grundwerkstoffes eine große Parametervielfalt der elastischen und akustischen Eigenschaften gezielt einzustellen.
Zur Erreichung dieses Ziels ist die eindeutige und anwendungsspezifische Charakterisierung der Eigenschaften der Elastomere notwendig. In der Materialprüfung werden dazu standardisierte Zug- und Druckversuche durchgeführt. Hierzu müssen beispielsweise die Parameter Zugfestigkeit, Druckverformungsrest sowie Shore-Härte bestimmt werden. Diese unterscheiden sich vor allem hinsichtlich des Frequenzbereiches von den in der medizinischen Ultraschallelastographie eingesetzten Verfahren. Bei letzteren werden mit unterschiedlichen Methoden die Schallgeschwindigkeiten unter äußerer Krafteinwirkung oder die Schwerwellengeschwindigkeiten in Geweben gemessen. Für die Kalibrierung und Konstanzprüfung unterschiedlicher Ultraschallgeräte und Messverfahren ist aber eine eindeutige Angabe der elastischen Materialparameter, möglichst in einem weiten Frequenzbereich notwendig.
Durch eine umfassende Charakterisierung der elastischen Eigenschaften mit Methoden der Werkstoffcharakterisierung sowie dem Vergleich mit sonoelastographischen Messungen soll ein Bewertungstool entwickelt werden, um dem anwendenden Mediziner mehr Sicherheit beim Einschätzen der unterschiedlichen Elastographie-Verfahren zu geben. Die Ultraschallmessmethoden können darüber hinaus auch das Frequenzspektrum der bisherigen Messverfahren für Polymere erweitern und damit dem Antragsteller neue Möglichkeiten hinsichtlich zukünftiger Dienstleistungen eröffnen. Für die sichere Anwendbarkeit der Phantome sind auch eine Charakterisierung der chemischen Beständigkeit und der Ausschluss problematischer niedermolekularer Stoffe mit Methoden der instrumentellen Analytik erforderlich.
Projektziel von PSM: Das wissenschaftlich-technische Arbeitsziel besteht darin, aus der Vielzahl der kommerziell verfügbaren Zweikomponentensysteme auf PU- und Silikonbasis durch geeignete Synthese- und Modifizierungsschritte ein „Baukastensystem“ zu entwickeln, das es erlaubt, auf der Basis eines Grundwerkstoffes eine große Parameter-Vielfalt hinsichtlich der mechanischen, elastischen und akustischen Eigenschaften gezielt einzustellen. Dadurch soll es möglich werden, ein mehrschichtiges Funktionsmuster für ein Narbenphantom herzustellen. Gleichzeitig wird so die Voraussetzung geschaffen, in Zukunft auch andere Phantome und Probekörper für beliebige Organe und Organsysteme an die Vorgaben der medizinischen Anwender angepasst, zu produzieren.
Durch die Vielzahl der geplanten Materialuntersuchungen entsteht eine umfangreiche Materialdatenbank, die es ermöglichen wird, verschiedene quasistatische und dynamische Messverfahren aus der Werkstoffprüfung mit den verschiedenen elastographischen Messverfahren der kommerziellen Diagnosesysteme zu vergleichen. Dabei ist die Zielstellung der Polymer Service GmbH Merseburg die weitere Verbesserung des wissenschaftlich-technischen Know-hows für die zerstörungsfreie Kunststoffprüfung und Schadensdiagnostik bei Elastomeren sowie die Erweiterung der prüftechnischen Möglichkeiten auf dem Gebiet der Ultraschallverfahren für Forschung und Dienstleistungen.
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