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Gewebeoptik

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Gewebeoptik beschäftigt sich mit der Ausbreitung von Licht in biologischen Geweben und ihrer Anwendung für verschiedene Zwecke.

physikalische Effekte des Licht in GewebeBearbeiten

Wichtige Effekte auf Photonen sind hierbei:

  • Fresnel-Reflektion (beim Eindringen)
  • Licht-Streuung (u.a. Verlust von Phase und Polarisation des Lichts)
    • Reyleig-S.
    • Raman-S., Stokes-S., Anti-Stokes-S. (Vibrationsübergänge)
    • Mie-S.
  • Licht-Absorption (bedingt "Therapeutisches Fenster" der Wellenlänge, 650nm-1300nm)
    • Lambert-beersches Gesetz
  • Diffuse Reflektion
  • Interne Totalreflektion (beim Austreten oder an Grenzflächen)
  • Diffuse Transmission
  • kollimierte Transmission
  • Fluoreszenz


AbsorptionBearbeiten

Stoffe die die Absorption im therapeutischen Fenser (650nm-1300nm) beeinflussen sind

  • Melanin
  • Hämoglobin (Hb) und Oxyhämoglobin (HbO2)
  • Wasser

mögliche AnwendungenBearbeiten

  • Pulsmessung
  • Diagnostik
    • Sichtbarmachung von Durchblutung
  • funktionelle Nahinfrarot-Spektroskopie (fNIRS) etwa am Gehirn
  • Mammographie

Vor und NachteileBearbeiten

Pro

  • Billige und verbreitete Technik
  • hohe Zeitauflösung
  • Ungefährlich (keine ionisierden Strahlung)
  • hohe Auflösung (in vitro)
  • Parallele Anwendung anderer Verfahren möglich

Contra

  • starke Lichtstreuung
  • geringe räumliche Auflösung (in vivo, also am Lebewesen)
  • geringe Eindringtiefe (cm-Bereich)
  • 3D-Bildgebung schwierig

TechnikenBearbeiten

Lichtquellen

  • CW (Continues Wave)
  • Puls

Lichtleitung

  • Lichtwellenleiter
    • single-mode
    • multi-mode

Detektoren

Berechnung & Simulation

  • Strahlungstransportgleichung
  • Monte-Carlo-Simulationen
  • Test-Experimente (Testlösung zur Nachahmung von optischen Eigenschaften von Geweben)

Methoden

  • Zeitkorrelierte Einzelphotonenzählung
  • Fluoreszenz-Bildgebung
    • Indocyaningrün (bislang einziger für Menschen zugelassener Fluoreszensfarbstoff)
  • Kontrastmittel
  • Optische Kohärenztomografie
  • Markieren von kranken Gewebe mit Kontrastmittel oder Fluoreszenz-Farbstoff (Konzept)

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