ISBN 978-3-8439-0883-2

978-3-8439-0883-2, Reihe Physik

Marie-Theres Heine
Bestimmung der optischen Eigenschaften biologischen Gewebes unter Berücksichtigung der Gewebestruktur

149 Seiten, Dissertation Universität Ulm (2012), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Der Einsatz von Licht in der medizinischen Diagnostik hat in den vergangenen Jahren an Bedeutung gewonnen. Die verschiedenen Methoden der optischen Bildgebung sind heute aus der modernen Medizin nicht mehr wegzudenken. In dieser Zeit haben sich immer komplexere Modelle zur Berechnung der Lichtausbreitung etabliert. Für kleine Volumina, die Streuer in der Größe von einigen Nanometern enthalten, lassen sich die Maxwellgleichungen im mikroskopischen bis in den mesoskopischen Bereich lösen. Dem gegenüber stehen die relativ schlecht dokumentierten optischen Eigenschaften biologischen Gewebes, welche die Grundlage für die Entwicklung diagnostischer Anwendungen bilden. Die Methoden zur Auswertung von Gewebemessungen sind hierbei nicht zwingend auf dem Stand, den Simulationen zur Berechnung der Lichtausbreitung heute bereits erreicht haben. Die optischen Koeffizienten sind einer direkten Messung nicht zugänglich und müssen indirekt aus den Meßergebnissen der diffusen Lichtremission und -transmission ermittelt werden, was als das Lösen des inversen Problems bezeichnet wird. In dieser Arbeit wurde ein robustes Verfahren entwickelt, welches eine aktuelle Monte-Carlo-Simulation der Lichtausbreitung verwendet. Zur Messung der totalen diffusen Remission und Transmission wurde ein Ulbrichtkugelaufbau konzipiert, der Spektren in einem Wellenlängenbereich von 400nm bis 900nm erfasste. Für Gewebeproben mit ungerichteter Struktur wurde diese durch Verwendung des Anisotropiefaktors berücksichtigt. Der Anisotropiefaktor wurde aus der Phasenfunktion des jeweiligen Gewebes berechnet, die mit einem dreiachsigen Goniometer gemessen wurde. Die Arbeit präsentiert die optischen Koeffizienten verschiedener streuender Gewebe, darunter die Gewebeschichten des Kopfes. Neben den Weichgewebesorten wie Haut, Fett, Dura mater und grauer wie weißer Hirnsubstanz waren dies auch das Hartgewebe Schädelknochen und die Körperflüssigkeit Liquor. Die Lichtausbreitung in diesen Geweben wurde als isotrop angenommen.Für die meisten Gewebeproben wurde die Konzentration der Absorber Hämoglobin, Fett und Melanin berechnet. Zur Aufklärung des Einflusses von gerichteten Strukturen bei der Messung der optischen Koeffizienten wurde Sehnengewebe untersucht, was aufgrund seines hohen Anteil an Kollagenfasern eine gerichtete Streuerstruktur aufweist. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, wie wichtig es ist, den Einfluß gerichteter Strukturen auf die Lichtausbreitung im biologischen Gewebe zu berücksichtigen.