Mikro-elektronische Hybridsysteme im Ultraschall
Das Projekt zielt darauf ab, neue mikroelektromechanische Komponenten für ein Ultraschallsystem zu entwickeln und zu integrieren, um fortschrittliche Bildgebungsverfahren auf Basis von Signalen aus der Mobilkommunikation zu ermöglichen. Das entstehende System wird mit seiner überragenden Bildqualität einen neuen Standard für medizinischen Ultraschall setzen.
Die Anwendung von Ultraschall in der modernen Medizin als nicht-ionisierendes Diagnosewerkzeug beruht auf der Piezokomposit-Technologie zur Aussendung und Aufnahme kurzer Pulse, die die Visualisierung von Gewebe ermöglichen. Dabei bestehen große Einschränkungen hinsichtlich Auflösung, Bildtiefe und damit potenzieller Risiken für Patienten während medizinischer Eingriffe. Im Gegensatz zu diskreten verfügen kontinuierliche Übertragungs- und Empfangstechniken aus der Telekommunikation und Radar über eine überlegene Reichweite und Auflösung. Innovationen im Rahmen von 5G und 6G, die multiple input multiple output (MIMO) Konfigurationen, haben den Informationsgewinn aus solchen Signalmodalitäten für die Bildgebung weiter verbessert. Die Integration dieser komplexen Signalarchitekturen in die medizinische Ultraschalldiagnostik unter Verwendung von Piezokompositen stößt jedoch auf Hindernisse aufgrund unzureichender Empfängerempfindlichkeit und Senderbandbreite. Darüber hinaus beschränken konventionelle Verarbeitungsmethoden die Integration in ein vollständiges Ultraschallsystems, was die Entwicklung des medizinischen Ultraschalls limitiert und hinter dem Stand der Technik zurückbleiben lässt.
Dieses Forschungsprojekt zielt darauf ab, hochsensible MEMS-basierte Ultraschallempfänger (cMUTs) mit leistungsstarken piezoelektrischen Sendern zu kombinieren, um sowohl Bandbreite als auch Empfindlichkeit für kontinuierliche Übertragungsmethoden zu verbessern. Die Eigenschaften der aktuell verfügbaren Bauteile erschweren eine nahtlose Integration in ein Gesamtsystem und beeinträchtigen dessen mögliche Leistung. Erster Schwerpunkt dieses Projektes ist daher die Entwicklung wesentlicher Einzelkomponenten, die für die Implementierung kontinuierlicher Signalmethoden (TRL 3-4) unerlässlich sind. Anschließend werden die Komponenten in ein Gesamtsystem integriert, das in der Lage ist, mehrere synchrone Übertragungen mit beliebig codierten Signalen über MEMS-basierte Empfänger darzustellen und damit überlegene Bildgebungsfähigkeiten ermöglicht.
Dr. Moritz Herzog
Else Kröner Fresenius Zentrum für Digitale Gesundheit
Universitätsklinikum Carl Gustav Carus
- Prof. Dr.-Ing. Gerhard Fettweis | Vodafone Chair for Mobile Communication Systems, TU Dresden
- Dr. Claus Dahl | Infineon Technologies Dresden GmbH & Co. KG
- Susan Walter | Fraunhofer IKTS
- Marco Kircher | Fraunhofer IPMS
- Dominique Schubert | SITEC Industrietechnologie GmbH
- Dr. Robert Kirchner | Heteromerge GmbH
- Dr. Thorsten Dräger | Exelonix GmbH
- Sebastian Wolfram | WOLFRAM Designer und Ingenieure
