Mittelohrentzündungen mit Ultraschall erkennen

Die Diagnose von Mittelohrentzündungen bei Kleinkindern soll durch die neue Sensortechnologie des Fraunhofer IPMS gemeinsam mit OtoNexus Medical Technologies revolutioniert werden. (Foto: Fraunhofer IPMS)

Ein neuer Ultraschallwandler soll dazu beitragen, Mittelohrentzündungen künftig schnell und zuverlässig diagnostizieren zu können. Integriert in ein Otoskop soll die Technologie Ärzten dabei helfen, unnötige Antibiotikabehandlungen zu vermeiden.

Insbesondere bei Babys und Kleinkindern werden Mittelohrentzündungen häufig mit Antibiotika behandelt. Derzeit kommen zur Diagnose der Krankheit ältere Medizingeräte zum Einsatz. Die Befunde sind deshalb oft subjektiv und ineffektiv. Die diagnostischen Fehlerraten betragen im Durchschnitt 50 Prozent, vor allem bei der Unterscheidung zwischen bakteriellen und viralen Infektionen. Viele Kinder erhalten deshalb unnötigerweise Antibiotika. Das kann langfristig auch zum weltweit wachsenden Problem der Antibiotikaresistenz beitragen. Der neuartiger Ultraschallwandler des Fraunhofer-Instituts für Photonische Mikrosysteme IPMS soll das ändern: Die luftgekoppelte Ultraschalltechnologie soll eine präzise Diagnose von Mittelohrinfektionen ermöglichen. Das amerikanische Unternehmen OtoNexus Medical Technologies war an der Entwicklung beteiligt und hat ein Otoskop entwickelt. Damit lässt sich der Bereich hinter dem Trommelfell in Sekunden analysieren. Auf diese Weise kann der Behandler feststellen, ob das Mittelohr Luft oder Flüssigkeit enthält.

Klinische Studien 

Das US-Unternehmen nutzt die Technologie bereits in klinischen Studien. Kinderärzte und weitere praktizierende Mediziner sollen sie zur Untersuchung des äußeren Gehörgangs verwenden können. „Das klassische Otoskop ist ein optisches System, das seit Jahrzehnten nicht weiterentwickelt wurde. Mit unserem integrierten Ultraschallwandler, der zugleich Sender und Empfänger ist, erhält das Gerät eine erweiterte Funktionalität“, sagt Dr. Sandro Koch, Wissenschaftler am Fraunhofer IPMS in Dresden. Der Wandler sendet Ultraschallimpulse aus und erfasst das Echo, das vom Trommelfell reflektiert wird. Der Arzt erhält daraufhin ein Messergebnis, das ihm Informationen über den Entzündungsgrad liefert. 

Das Wandlerdesign ist für den Betrieb an Luft optimiert. Zwei übereinander angeordnete Elektroden bilden einen elektrischen Kondensator, der Zwischenraum ist luftgefüllt. „Eine der beiden Elektroden ist flexibel. Diese nutzen wir als schwingendes Element, um die Ultraschallwellen zu senden. Das Echo trifft wiederum auf die flexible Membran, deren angeregte Vibration in detektierbare elektrische Signale umgewandelt wird“, so der Physiker. Eine spezielle Software von OtoNexus Medical Technologies wertet das Echosignal aus. Der Arzt soll auf Basis der Datenlage entscheiden können, ob eine Mittelohrentzündung vorliegt.

Miniaturisierter Ultraschallwandler

Im Otoskop kommt ein Ultraschallwandler zum Einsatz. Dieser sogenannte CMUT (capacitive micromachined ultrasonic transducer) basiert auf am Fraunhofer IPMS etablierten MEMS-Technologien, die auf Siliziumwafern gefertigt werden. Er benötigt nur sehr wenig Energie und lässt sich kostengünstig in Großserie fertigen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Piezo-Ultraschallwandlern lässt sich der der MEMS-Wandler den Forschern zufolge sehr klein bauen. „Die Miniaturisierung ist ein großer Vorteil gegenüber den Piezokeramiken. Der CMUT lässt sich dadurch besonders vorteilhaft in das Otoskop integrieren“, sagt Dr. Koch.

Markteinführung geplant

Das Otoskop inklusive CMUT liegt derzeit als Prototyp vor. Die Partner planen die Markteinführung innerhalb der nächsten Jahre.