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M. Dirnbacher:
"Noninvasive Acoustic Response Analysis of Microbubbles in Biological Tissue";
Betreuer/in(nen), Begutachter/in(nen): M. Gröschl, .. Greisenegger; Institut für Angewandte Physik (E134), 2016; Rigorosum: 15.06.2016.

Erkrankungen des menschlichen Gehirns wie der Schlaganfall oder längerfristige pathologische Zustände wie Alzheimer machen es nötig, Forschung auf dem Gebiet der Neurowissenschaften voranzutreiben. In der heutigen Medizin bedarf es der Entwicklung innovativer, effizienter und kostengünstiger Methoden, um betroffenen Personen zu helfen. Mit nichtinvasivem trasnkraniellem Ultraschall ist eine Möglichkeit gegeben, oben angeführte Erkrankungen zu diagnostizieren und in der Folge zu behandeln. In den zugrundeliegenden Forschungstätigkeiten werden deshalb die akustischen Effekte von transkraniellem Ultraschall auf biologisches Gewebe untersucht. Besondere Aufmerksamkeit wird dabei dem durch Mikrobläschen kontrastmittelverstärktem Ultraschall gewidmet, der heutzutage in bildgebenden Verfahren zur Darstellung von Leber-und Herzfunktionen verwendet wird.
Im Gegensatz zu den meisten Ultraschalltechniken verwenden wir für alle Messungen eine niedrige Frequenz von 220 kHz, sowie eine geringe akustische Intensität von unter 100 mW/cm2. Die Auswirkungen dieser Parameter auf die akustischen Antworten von Mikrobläschen sowie des menschlichen Gewebes sind von größter Relevanz, da sie das Fundament für eine erfolgreiche Entwicklung innovativer, nicht bildgebender Ultraschallverfahren legen.
Zunächst charakterisieren wir Schallköpfe, die eigens für unseren Gebrauch angefertigt wurden, hinsichtlich ihrer akustischen Eigenschaften. Die darauffolgenden Studien helfen die Auswirkungen des menschlichen Schädelknochens auf die akustischen Feldparameter zu verstehen. Die Experimente werden dann durch Mikrobläschen ergänzt, die bei Anwendung von Ultraschall verschiedene akustische Antworten geben. Bei niedrigen Intensitäten können Mikrobläschen als Streuobjekte behandelt werden. Im Gegensatz dazu sind bei höheren Intensitäten Schwingungen der Bläschen zu erwarten, die so genannte Harmonische zur Folge haben. Zahlreiche Forschungsarbeiten beschreiben den zugrundeliegenden physikalischen Mechanismus der Mikrobläschen. Dies gilt aber nur für kontrastmittelverstärkten, bildgebenden Ultraschall von höherer Frequenz (<1 MHz). Die Auswirkung von niederen Frequenzen auf akustische Signale ist im Gegensatz dazu nicht gut erforscht. Des Weiteren beweisen wir die Sicherheit unserer Anwendung an einem Kaninchenmodell und untersuchen schlussendlich akustische Signale, die wir aus Studien an menschlichen Leichen erhalten.
Das im Rahmen dieser Dissertation angeeignete Wissen stellt die Grundlage einer Vielfalt an diagnostischen als auch therapeutischen Ultraschallanwendungen in der Medizin dar. Im Speziellen ermöglicht die durchgeführte Forschungsarbeit die Entwicklung von innovativen, diagnostischen und nicht bildgebenden Verfahren, die mit nichtinvasivem, transkraniellem Ultraschall funktionieren.