Räumlich aufgelöste Messung des Streukoeffizienten und des Kapillarnetzwerks von Gewebe mit Hilfe eines Random Lasers

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Michael Schmidt
• Fachliche Zuordnung: Biomedizinische Systemtechnik ; Messsysteme ; Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 414732368

Für die medizinische Diagnostik ist Bildgebung das wichtigste Hilfsmittel, um die behandelnden Ärzte bei der Diagnose zu unterstützen. Fortschritte in der Physik erlauben es in vielen Fällen, neue Bildgebungsverfahren zu entwickeln, und eröffnen damit die Möglichkeit, bisher unzugängliche Parameter zu messen, welche die Diagnose von Krankheiten erlauben. In diesem Kontext soll im geplanten Vorhaben der Random Laser (RL) als neuer Ansatz für die medizinische Bildgebung genutzt werden, um räumlich aufgelöste Informationen über die Mikrostruktur des untersuchten Gewebes zu gewinnen, in dem das Gewebe als RL genutzt wird.Ein RL kann durch die Kombination von einem streuenden Medium mit einem Laserfarbstoff gebaut werden. Die Anregung erfolgt mit einer externen Pumpquelle. Zum Beispiel kann biologisches Gewebe mit Rhodamin 6G versetzt oder Intralipid mit Rhodamin 6G gemischt werden. Wird eine dieser Mischungen mit einem frequenz-verdoppelten Nd:YAG Laser geeignet angeregt, emittiert der RL Laserstrahlung. Das Spektrum des emittierten Lichts erlaubt dann Rückschlüsse auf die Streueigenschaften des untersuchten Mediums. Der einfache Aufbau des RLs resultiert auch in einer hohen Robustheit.Basierend auf den gemessenen Spektren steht zu erwarten, dass der RL die Ermittlung des räumlich aufgelösten Streukoeffizienten sowie die Ermittlung von Informationen über die Struktur der oberflächlichen Blutgefäße erlaubt. Aus diesem Grund wird im Hauptteil der Arbeit das grundlegende Verständnis der Wechselwirkung zwischen RL und Gewebe untersucht. Auf Grund des bisherigen Verständnisses des RL wird erwartet, dass vor allem kleine Blutgefäßstrukturen analysiert und charakterisiert werden können. Deshalb bietet sich der RL besonders zur Gewebeunterscheidung für karzinogene Veränderungen an.In dieser Arbeit werden verschieden starke Mischungen des Fluoreszenzfarbstoffs mit dem Gewebe durch Phantomstudien in einer kontrollierten Umgebung untersucht, um die verschieden starke Vermischung des Fluoreszenzfarbstoffs mit dem Gewebe nachzustellen, welcher sich durch verschiedene Zeiten zwischen Messung und Injektion ergeben würden. Die unterschiedlich starken Konzentrationen des Fluoreszenzfarbstoffs werden genutzt, um den Streukoeffizienten und Informationen über das Blutgefäßnetzwerk zu gewinnen.Im Vergleich zu etablierten optischen Technologien sollte der RL eine schnelle und genau Möglichkeit bieten, den Streukoeffizienten und Informationen über das Blutgefäßnetzwerk zu ermitteln. Der neue Ansatz des RLs hat den Vorteil, sehr schnell und sehr resistent gegenüber Störungen zu sein. Außerdem wird erwartet, dass kleine Änderungen der gemessenen Parameter feststellbar sind. Deshalb sollte der RL in der Lage sein, krankhafte Veränderungen wie Karzinome in frühen Stadien nachzuweisen und ihre Entwicklung mit hoher Genauigkeit zu studieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen