Faseroptische Systeme zur diagnostischen Bestimmung von Blutsauerstoffsättigung und Zellstrukturen:
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Aachen
Shaker
2007
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|---|---|
| adam_text | Titel: Faseroptische Systeme zur diagnostischen Bestimmung von Blutsauerstoffsättigung und Zellstrukturen
Autor: Krohne, Ingo
Jahr: 2007
Inhaltsverzeichnis
Vorwort 1
1. Einleitung 1
2. Grundlagen der biomedizinischen Optik und optischer Fasern 3
2.1 Physiologische Grundlagen 3
2.1.1 Eigenschaften von Zellen und Gewebe 3
2.1.2 Blut, Hämoglobin und Blutsauerstoffsättigung 6
2.2 Ausbreitung von Licht in biologischem Gewebe 8
2.2.1 Optische Eigenschaften von Gewebe 8
2.2.2 Modelle der Lichtausbreitung in Gewebe 12
2.3 Optische Verfahren in der biomedizinischen Diagnostik 19
2.3.1 Bildgebende Diagnostik 20
2.3.2 Funktionelle Diagnostik 22
2.4 Leitung von Lichtwellen in optischen Fasern 23
2.5 Zwischenfazit 26
3. Methoden zur Blutsauerstoffbestimmung und zur Darstellung von Zellstrukturen 27
3.1 Spektroskopische Messung der Blutsauerstoffsättigung 27
3.1.1 Grundlagen der optischen Spektroskopie 27
3.1.2 Verfahren und Systeme zur Messung der Blutsauerstoffsättigung . ... 30
ü Inhaltsverzeichnis
3.1.3 Anwendbarkeit der Verfahren hinsichtlich einer endoskopischen Appli¬
kation 33
3.2 Endoskopische Applikation konfokaler Mikroskope zur Darstellung von Zell¬
strukturen 36
3.2.1 Grundlagen der konfokalen Mikroskopie 36
3.2.2 Scanning-Verfahren für die konfokale Mikroskopie 40
3.2.3 Anwendung der konfokalen Mikroskopie in der Endoskopie 41
4. Handlungsbedarf und wissenschaftliche Vorgehensweise 43
5. Analyse der Systemkonzepte basierend auf Monte-Carlo-Simulationen 47
5.1 Prinzip der Monte-Carlo-Simulation für die Lichtdiffusion im Gewebe 47
5.2 Untersuchung des Spektrometersystems - Messvolumen Anwendung der Dif¬
fusionsmodelle 51
5.3 Untersuchungen zum Auflösungsvermögen des konfokalen Endomikroskops . . 55
5.4 Fazit 57
6. Realisierung des Spektroskopiesystems und des konfokalen Endomikroskops . . 59
6.1 Systemaufbau des Reflexionsspektrometers 59
6.1.1 Eigenschaften des eingesetzten Spektrometers und dessen Kalibrierung 59
6.1.2 Lichtquelle für die Reflexionsspektroskopie 61
6.1.3 Aufbau der flexiblen Fasersonde 62
6.2 Systemaufbau des konfokalen Endomikroskops 64
6.2.1 Beschreibung des Systemkonzepts 64
6.2.2 Auswahl der Mikrospiegelmatrix und Untersuchung seiner optischen
Eigenschaften 66
6.2.3 Umsetzung des Beleuchtungs- und Scannersystems für die Realisierung
der Beleuchtungspunkte 74
6.2.4 Entwicklung des optischen Aufbaus für die Lichteinkoppelung in die
Fasersonde 78
Inhaltsverzeichnis iu
6.2.5 Aufbau der Sonde auf Basis eines Fasertapers 83
6.2.6 Eigenschaften des verwendeten Detektors und Prinzip der Steuerung . . 87
6.3 Fazit 88
7. Anwendung des Spektroskopiesystems und des konfokalen Endoskops 91
7.1 Messung der Blutsauerstoff Sättigung mit dem Spektroskopiesystem 91
7.1.1 Vorgehensweise zur Berechnung der Sauerstoff Sättigung basierend auf
der Methode der kleinsten Fehlerquadrate 92
7.1.2 Realisierung des Theologischen Modells als Referenzsystem für die
Spektrometervalidierung 97
7.1.3 Ergebnisse der in vitro Messungen am rheologischen Referenzsystem
und Analyse verschiedener Einflussparameter 101
7.1.4 Ergebnisse der endoskopischen in vivo Applikation des Spektrometer-
systems 107
7.2 Experimentelle Anwendung des konfokalen Endomikroskops 116
7.2.1 Auswahl von Fluoreszenzmarkern 116
7.2.2 Auslegung der Scanning-Prozedur 118
7.2.3 Auswertung der Messsignale 120
7.2.4 In vitro Messungen an technischen Referenzproben 121
7.2.5 Validierung der telezentrischen Einkoppelung 122
7.2.6 Experimenteller Nachweis der Konfokalität 125
7.3 Fazit 128
7.3.1 Die spektroskopische Messung der Blutsauerstoffsättigung 128
7.3.2 Das konfokale Endomikroskop 129
8. Zusammenfassung und Ausblick 131
8.1 Zusammenfassung 131
8.2 Ausblick 134
8.3 Fazit 136
iv Inhaltsverzeichnis
Literaturverzeichnis 137
Eigene Veröffentlichungen 149
Lebenslauf 152
|
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Titel: Faseroptische Systeme zur diagnostischen Bestimmung von Blutsauerstoffsättigung und Zellstrukturen
Autor: Krohne, Ingo
Jahr: 2007
Inhaltsverzeichnis
Vorwort 1
1. Einleitung 1
2. Grundlagen der biomedizinischen Optik und optischer Fasern 3
2.1 Physiologische Grundlagen 3
2.1.1 Eigenschaften von Zellen und Gewebe 3
2.1.2 Blut, Hämoglobin und Blutsauerstoffsättigung 6
2.2 Ausbreitung von Licht in biologischem Gewebe 8
2.2.1 Optische Eigenschaften von Gewebe 8
2.2.2 Modelle der Lichtausbreitung in Gewebe 12
2.3 Optische Verfahren in der biomedizinischen Diagnostik 19
2.3.1 Bildgebende Diagnostik 20
2.3.2 Funktionelle Diagnostik 22
2.4 Leitung von Lichtwellen in optischen Fasern 23
2.5 Zwischenfazit 26
3. Methoden zur Blutsauerstoffbestimmung und zur Darstellung von Zellstrukturen 27
3.1 Spektroskopische Messung der Blutsauerstoffsättigung 27
3.1.1 Grundlagen der optischen Spektroskopie 27
3.1.2 Verfahren und Systeme zur Messung der Blutsauerstoffsättigung . . 30
ü Inhaltsverzeichnis
3.1.3 Anwendbarkeit der Verfahren hinsichtlich einer endoskopischen Appli¬
kation 33
3.2 Endoskopische Applikation konfokaler Mikroskope zur Darstellung von Zell¬
strukturen 36
3.2.1 Grundlagen der konfokalen Mikroskopie 36
3.2.2 Scanning-Verfahren für die konfokale Mikroskopie 40
3.2.3 Anwendung der konfokalen Mikroskopie in der Endoskopie 41
4. Handlungsbedarf und wissenschaftliche Vorgehensweise 43
5. Analyse der Systemkonzepte basierend auf Monte-Carlo-Simulationen 47
5.1 Prinzip der Monte-Carlo-Simulation für die Lichtdiffusion im Gewebe 47
5.2 Untersuchung des Spektrometersystems - Messvolumen Anwendung der Dif¬
fusionsmodelle 51
5.3 Untersuchungen zum Auflösungsvermögen des konfokalen Endomikroskops . . 55
5.4 Fazit 57
6. Realisierung des Spektroskopiesystems und des konfokalen Endomikroskops . . 59
6.1 Systemaufbau des Reflexionsspektrometers 59
6.1.1 Eigenschaften des eingesetzten Spektrometers und dessen Kalibrierung 59
6.1.2 Lichtquelle für die Reflexionsspektroskopie 61
6.1.3 Aufbau der flexiblen Fasersonde 62
6.2 Systemaufbau des konfokalen Endomikroskops 64
6.2.1 Beschreibung des Systemkonzepts 64
6.2.2 Auswahl der Mikrospiegelmatrix und Untersuchung seiner optischen
Eigenschaften 66
6.2.3 Umsetzung des Beleuchtungs- und Scannersystems für die Realisierung
der Beleuchtungspunkte 74
6.2.4 Entwicklung des optischen Aufbaus für die Lichteinkoppelung in die
Fasersonde 78
Inhaltsverzeichnis iu
6.2.5 Aufbau der Sonde auf Basis eines Fasertapers 83
6.2.6 Eigenschaften des verwendeten Detektors und Prinzip der Steuerung . . 87
6.3 Fazit 88
7. Anwendung des Spektroskopiesystems und des konfokalen Endoskops 91
7.1 Messung der Blutsauerstoff Sättigung mit dem Spektroskopiesystem 91
7.1.1 Vorgehensweise zur Berechnung der Sauerstoff Sättigung basierend auf
der Methode der kleinsten Fehlerquadrate 92
7.1.2 Realisierung des Theologischen Modells als Referenzsystem für die
Spektrometervalidierung 97
7.1.3 Ergebnisse der in vitro Messungen am rheologischen Referenzsystem
und Analyse verschiedener Einflussparameter 101
7.1.4 Ergebnisse der endoskopischen in vivo Applikation des Spektrometer-
systems 107
7.2 Experimentelle Anwendung des konfokalen Endomikroskops 116
7.2.1 Auswahl von Fluoreszenzmarkern 116
7.2.2 Auslegung der Scanning-Prozedur 118
7.2.3 Auswertung der Messsignale 120
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7.2.5 Validierung der telezentrischen Einkoppelung 122
7.2.6 Experimenteller Nachweis der Konfokalität 125
7.3 Fazit 128
7.3.1 Die spektroskopische Messung der Blutsauerstoffsättigung 128
7.3.2 Das konfokale Endomikroskop 129
8. Zusammenfassung und Ausblick 131
8.1 Zusammenfassung 131
8.2 Ausblick 134
8.3 Fazit 136
iv Inhaltsverzeichnis
Literaturverzeichnis 137
Eigene Veröffentlichungen 149
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