Deutsche Physikalische Gesellschaft e. V. (DPG)

WWW-Server für Frühjahrstagungen und E-Verhandlungen

E-Verhandlungen 2000
Programm und Abstracts der Sitzung Q 18

Spektroskopische Ultrahochaufgelöste Optische Kohärenztomographie

•U. Morgner¹, W. Drexler², F.X. Kärtner¹, C. Pitris², X. Li², E.P. Ippen² und J.G. Fujimoto^2
1Institut für Hochfrequenztechnik und Quantenelektronik, Uni Karlsruhe
²Research Lab of Electronics, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, USA

Seit kurzer Zeit wird Optische-Kohärenztomographie (OCT) erfolgreich als bildgebendes in vivo Verfahren für biologisches Gewebe eingesetzt. Das Auflösungsvermögen eines OCT-Apparates wird von der Bandbreite, respektive der Kohärenzlänge der verwendeten Lichtquelle bestimmt. Kürzlich wurde durch die Verwendung eines Ti:Saphir-Laseroszillators mit Pulsbreiten unter zwei optischen Zyklen als breitbandige Lichtquelle eine Rekordtiefenauflösung von 1 mm erreicht. [1,2]. Die damit erzielten in vivo Bilder der menschlichen Netzhaut und anderen biologischen Gewebes werden vorgestellt. Eine an die Messung anschließende Wavelet-Analyse der Daten erlaubt es zusätzlich, spektroskopische Informationen aus der Tiefe des Gewebes zu gewinnen.

[1] W. Drexler et al., Optics Letters 24, 1221 (1999)

[2] U. Morgner et al., Optics Letters 24, 411 (1999)

Optoakustische Gewebedifferenzierung zur Echtzeittherapiekontrolle

Arne Büsching^1,2, •Birte Jansen^1,2, Uwe Oberheide², Ingo Bruder², Holger Lubatschowski², Herbert Welling² und Wolfgang Ertmer^1
1Institut für Quantenoptik, Universität Hannover, Welfengarten 1, 30167 Hannover
²Laser Zentrum Hannover e.V., Hollerithallee 8, 30419 Hannover

Mit der optoakustischen Tomographie steht eine Methode zur genauen Lokalisation und Klassifizierung von Substrukturen in biologischem Gewebe zur Verfügung. Die in den Strukturen durch gepulste Laserstrahlung von wenigen Nanosekunden induzierten Drucktransienten werden an der Gewebeoberfläche mit geeigneten Druckaufnehmern detektiert. Aus ihrem Verlauf können Informationen über das bestrahlte Gebiet gewonnen werden.

Messungen an enukleierten Tieraugen zeigen die Einsatzmöglichkeiten für die Diagnostik und Online-Therapiekontrolle bei der Laserzyklophotokoagulation zur Behandlung des Glaukoms.

Medizinische Anwendungen der on-line Bestimmung optischer Eigenschaften von biologischen Geweben bei kompakter Messgeometrie

•Jens Osterholz¹, Stefan Willmann¹, Albert Terenji¹, Hans Joachim Schwarzmaier² und P. Hering^1
1Institut für Lasermedizin, Heinrich Heine Universität Düsseldorf
²Städtisches Klinikum Krefeld

Die in vivo Bestimmung der optischen Eigenschaften von biologischen Geweben ist für eine Vielzahl medizinischer Anwendungen von großer Bedeutung. Ein geeignetes Messverfahren hierfür ist die Frequency-Domain Spektroskopie, bei dem die Änderung der Amplitude und der Phase von Photonendichtewellen beim Durchgang durch ein Gewebe bestimmt wird. Zur Auswertung dieser Daten wurde ein Modell entwickelt, welches zur on-line Bestimmung der mittleren Flugzeit und des Absorptionskoeffizienten auch bei kompakten Messgeometrien geeignet ist. Als Beispiel für medizinische Anwendungen werden die on-line Bestimmung der Sauerstoffsättigung im menschlichen Blut sowie die Überwachung der Koagulationsdynamik bei der laserinduzierten, interstitiellen Thermotherapie diskutiert.

Zeitaufgelöste Untersuchung der Lumineszenz von Singulett-Sauerstoff in Lösungen und dessen biologischer Wirksamkeit in vitro

•Robert Kilger¹, Max Maier¹, W. Bäumler², K. Scherer², C. Abels² und R. M. Szeimies^2
1Naturwissenschaftliche Fakultät II - Physik, Universität Regensburg, D-93040 Regensburg, Germany.
²Klinik und Poliklinik für Dermatologie der Universität Regensburg, D-93040 Regensburg, Germany.

Im Rahmen der Untersuchung der physikalischen Grundlagen der Photodynamischen Tumortherapie haben wir mit Hilfe eines hochempfindlichen IR-Photomultipliers und eines Photonenzählsystems das Lumineszenzverhalten von Singulett(¹D_g)-Sauerstoff in D₂O-Lösung untersucht. Der angeregte Sauerstoff wurde mittels Laserbestrahlung des sensibilisierenden Farbstoffes Photofrin generiert. Wir haben den Lösungen die Quencher Histidin und Natriumazid beigegeben und Veränderungen in der Abklingzeit des Lumineszenzsignals beobachtet. Bei beiden Quenchern finden wir bei geringen Konzentrationen in der Lösung einen linearen Anstieg der Abklingrate der Lumineszenz, bei hohen Konzentrationen eine Sättigung. Wir führen ein Ratengleichungssystem für die Besetzung der Energiezustände zur Berechnung der Abklingraten bei verschiedenen Quencherkonzentrationen ein. Zusätzlich wurden parallel in vitro Experimente durchgeführt. Hier wurden menschliche HT-29 Tumorzellen mit vergleichbaren Lösungen inkubiert, mit Licht bestrahlt, und deren Überlebensrate und Lipidperoxidation wurden bestimmt. Diese vergleichen wir mit der Lebensdauer des angeregten Sauerstoffes in Lösung.

Fluoreszenz-Fotometer für in-vitro-Fotometrie an Zellen

•E. Klopp¹, J. Struckmeier¹, M. Hofmann¹, T. Pohl², M. Kratz² und D. Jones^2
1Fachbereich Physik und Wissenschaftliches Zentrum für Materialwissenschaften, Philipps-Universität Marburg
²Institut für Experimentelle Orthopädie, Philipps-Universität Marburg

Wir stellen ein flexibel einsetzbares und kostengünstiges Fluoreszenz-Fotometer vor, das u.a. in-vitro-Messungen intrazellulärer Kalziumkonzentrationen ermöglicht.

Die fotometrischen Messungen erfolgen mit dem in die Zelle eingebrachten Farbstoff INDO-1. Nach Anregung bei 350nm nimmt dessen Emissionsbande bei 405nm gegenüber der bei 490nm mit steigender Kalziumkonzentration zu. Das Verhältnis der beiden Fluoreszenzintensitäten ist somit ein direktes Maß für die Kalziumkonzentration. Da konventionelle Lichtquellen in diesem Wellenlängenbereich aufwendig und teuer sind, verwenden wir eine frequenzverdoppelte Laserdiode mit einer Emissionswellenlänge von 690nm. Die Detektion der Emissionsbanden erfolgt durch Photonenzählen mit Photomultipliern, so dass eine größtmögliche Detektionsempfindlichkeit erreicht wird.

Kalibrierungsmessungen haben gezeigt, daß Konzentrationsänderungen bis in den sub-nanomolaren Bereich detektiert werden können. Erste Messungen auf Parabelflügen lieferten Kalziumantworten von Osteoblasten auf Schwerelosigkeit.

Faseroptisches konfokales Mikroskop mit hoher Bildwiederholfrequenz für in vivo Gewebeuntersuchungen

•Klaus Greger, Joachim Knittel und Gerd Buess
Zentrum für medizinische Forschung - MIC, Universitätsklinik Tübingen

Mit Hilfe eines faseroptischen konfokalen Laser-Scanning-Mikroskops ist es möglich an lebendem (intaktem) Gewebe optische Gewebeschnitte mit subzellulärer Auflösung für histo-pathologische Diagnosen zu gewinnen. Zu diesem Zweck haben wir ein portables LSM mit hoher Bildwiederholfrequenz aufgebaut, bei dem das Bild über eine bildgebende Faser übertragen wird. Damit ist es möglich Abbildungen mit einer Auflösung von etwa 3 mm aus dem Inneren des Körpers zu erhalten. Die Sonde enthält keine beweglichen Teile und ist so klein, daß sie durch eine Biopsienadel eingeführt werden kann. Durch den konfokalen Aufbau ist es moeglich Ebenen innerhalb des Gewebes abzubilden ohne das Gewebe mechanisch zu schaedigen. Wir haben das System an frischen Gewebeproben (Rattendarm) erprobt, welche mit einem Fluoreszenzmarker angefärbt waren. Dieses Verfahren ermöglicht z.B. direkte Krebsdiagnose im Operationssaal und bietet damit Vorteile gegenüber den heute üblichen sehr zeitaufwendigen Gewebeschnitten, die aus entnommenen Gewebeproben hergestellt werden.

[HOME]

[Archiv]

[E-Verhandlungen 2000]

[Bonn]

[Fachverband Q]

[Sitzung Q 18]

Zuletzt geändert am 15.01.2001

Fragen, Kommentare, Anregungen und Kritik