Einführung in die Biomedizinische Optik

Verständnisfragen zur Klausurvorbereitung SS 2016

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Kartei Details

Karten	125
Lernende	14
Sprache	Deutsch
Kategorie	Medizin
Stufe	Universität
Erstellt / Aktualisiert	13.04.2016 / 24.08.2018
Weblink	https://card2brain.ch/box/einfuehrung_in_die_biomedizinische_optik
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Lernen

Was sind sphärische Aberrationen eines optischen Abbildungssystems?

Öffnungsfehler durch kugelförmige Linsenoberflächen

Paraxiale Fokusebene
Longitudinale sphärische Aberration

Siehe auch Vertiefung 2, Folie 40

Was sind chromatische Aberrationen eines optischen Abbildunssystems?

Der Brechungsindex ist wellenlängenabhängig ("Dispersion").

Er nimmt normalerweise für kurze Wellenlängen zu.

Siehe Vertiefung 2, Folie 40

Zeichnen Sie auf, wie man eine Plankonvexlinse orientieren muss, um einen parallelen Strahl mit minimalen sphärischen Aberrationen zu fokussieren.

Mit der Runden Seite zu den Parallelstrahlen, die Plane seite zum Fokus.

Dabei die Brechung auf beide Flächen verteilen.

Siehe Vertiefung 2, Folie 41

Mit welcher Kombination von einfachen Linsen lassen sich sphärische und chromatische Aberrationen korrigieren?

Achromatisches Dublett.

Konvex-und Konkavlinsen haben sphärische Aberrationen mit entgegengesetztem Vorzeichen. Durch Kombination von Konvex- und Konkavlinsen in einem Dublett mit n₂>n₁ kann man sphärische und chromatische Aberrationen korrigieren.

Siehe auch Vertiefung 2, Folie 42

Definieren Sie die numerische Apertur (NA) eines Abbildungssystems und drücken Sie mit Hilfe der NA den Punktbilddurchmesser d und das laterale Auflösungsvermögen A aus.

Die Auflösung ist nicht durch die Vergrößerung gegeben, sondern durch den Öffnungswinkel (numerische Apertur) der abbildenden Optik.

Numerische Apertur: \(NA=n*sin(\alpha)\)
Fokusdurchmesser: \(d=1,22* \frac {\lambda} {NA}\)
Auflösung: \(A= \frac {NA} {0,61*\lambda}\)

Skizzieren Sie Beleuchtungs- und Abbildungsstrahlengang eines Mikroskops für ein Objektiv mit unendlich Strahlengang und passender Tubuslinse.

Sie Vertiefung 2, Folie 44

Wie setzt sich die Gesamtvergrößerung eines Mikroskops aus Objektiv- und Okularvergrößerung zusammen?

M_Gesamt = M_Objektiv * M_Okular

Welhe Verfahren gibt es, um optische Schnitte (optival sectioning) im Gewebe zu erzeugen?

Konfokale Mikroskopie
Multiphotonenmikroskope

Skizieren und erläutern Sie das konfokale Prinziep, um Streulicht aus Ebenen vor oder hinter der Schärfenebene des Mikroskops zu unterdrücken.

Siehe Vertiefung 2, Folie 48

Worauf beruht die Bildgebung bei einem Zwei-Photonenmikroskop und wieso erreicht man damit sowohl einen optischen Schnitt sowie eine hohe Eindringtiefe?

Anregung mit Pulszug (80MHz) eines Femtosekundenoszillators im IR Bereich. Anregung nur im Fokus (dort so hohe Intensitäten, dass 2-Photonenanregung möglich). Hohe Eindringtiefe mit IR, vergleiche Absorptionskoeffizientendiagramm in Wellenlängenabhängigkeit.

Warum sind konfokale Mikroskope und Multiphotonenmikroskope immer Scanning-Mikroskope?

Pinhole (Konfokal) bzw. Anregung nur um Fokusvolumen bedingt punktförmige Abtastung des Bildes --> Scanning

Wie kann man aus gescannten Bildern 3-D-Bilder erzeugen?

Zusammenfügen einer Reihe von Scannings mit Verschiedenen Eindringtiefen zu einem 3-D-Scan bild (Selbes Prinzip wie bei allen 3-D-Bildern)

Warum sind für die 2-Photonenanregung von Fluoreszenz viel höhere Bestrahlungsstärken erforderlich als für die Konfokalmikroskopie?

Nichtlineare Anregung (2 Photonen) erfordert sehr hohe Intensität (viel mehr als im linearen Fall)

Was sind die Hauptvorteile der 2-Photonenmikroskopie gegenüber der Konfokalmikroskopie?

Ausbleichen und Photoschäden können nur innerhalb des Fokusvolumens entstehen
IR Wellenlänge besitzen größere Eindringtiefe ins Gewebe
Zusätzlihe Informationen über Fluoreszenzlebenszeit
Keine konfokale Blende notwendig -> einfacherer Aufbau (abgesehen vim fs Laser) und leichteres Justieren
Aufbau kann zusätzlich zur Manipulation oder Zellchirurgie genutzt werden

Was sind die Nachteile der 2-Photonenmikroskopie gegenüber der Konfokalmikroskopie?

Deutlich höhere Bestrahlungsstärken können zu Hyperfluoreszenz und Ausbleichen führen

Geben sie die Einheit der Strahlungsfeldgröße Bestrahlung (radiant exposure) an.

Tastatur-Befehle:

= drehen,

= vor-/rückwärts,

= scrollen

[(W / m² )*s]

Formelzeichen: H

H=E*t

Geben sie die Einheit der Strahlungsfeldgröße Energie (energy) an.

Tastatur-Befehle:

= drehen,

= vor-/rückwärts,

= scrollen

[J] Joule

Formelzeichen: Q

Geben sie die Einheit der Strahlungsfeldgröße Leistung (power) an.

Tastatur-Befehle:

= drehen,

= vor-/rückwärts,

= scrollen

[W] Watt

Formelzeichen P

Geben sie die Einheit der Strahlungsfeldgröße Bestrahlungsstärke (irradiance) an.

Tastatur-Befehle:

= drehen,

= vor-/rückwärts,

= scrollen

[\(W / m^2\)]

Formelzeichen E

Wie rechnet man radiometrische in photometrische Größen um?

Tastatur-Befehle:

= drehen,

= vor-/rückwärts,

= scrollen

Photometrische Einheit [lumen] = Radiometrische Einheit x V(\(\lambda\))x685 lm/W

Was sind die wesentlichen Wechselwirkung von Licht mit Gewebe?

Tastatur-Befehle:

= drehen,

= vor-/rückwärts,

= scrollen

Absorption
Streuung
Transmission
Remission
Reflexion

Was sind die Haupt-Lichtabsorber im Gewebe?

Tastatur-Befehle:

= drehen,

= vor-/rückwärts,

= scrollen

Hämoglobin
Melanin
Wasser (\(\approx\) 70% des Gewebes)
Proteine
Nukleinsäuren DNA und RNA (geringer Massenanteil)
Collagen

In welchen Wellenlängenbereichen absorbiert Hämoglobin?

<0,2 & >0,9 um

0,23-1 um

0,2-0,25 um

240-300 nm

Tastatur-Befehle:

= drehen,

= vor-/rückwärts,

= scrollen

<0,2 & >0,9 um

0,23-1 um

0,2-0,25 um

240-300 nm

In welchen Wellenlängenbereichen absorbiert Melanin?

0,4-0,8 um

0,2-0,25 um

0,23-1 um

0,1-1,1 um

Tastatur-Befehle:

= drehen,

= vor-/rückwärts,

= scrollen

0,4-0,8 um

0,2-0,25 um

0,23-1 um

0,1-1,1 um

In welchen Wellenlängenbereichen absorbiert Wasser?

<0,22 & >0,94 um

< 0,1 & >0,5 um

<0,24 & > 1,23 um

0,4-0,8 um

Tastatur-Befehle:

= drehen,

= vor-/rückwärts,

= scrollen

<0,22 & >0,94 um

< 0,1 & >0,5 um

<0,24 & > 1,23 um

0,4-0,8 um

In welchen Wellenlängenbereichen absorbieren Proteine?

0,2-0,25 um

0,1-0,15 um

0,4-0,8 um

1 - 1,2 um

0,2-0,25 um

0,1-0,15 um

0,4-0,8 um

1 - 1,2 um

In welchen Wellenlängenbereichen absorbiert DNA und RNA?

240-300 nm

140-300 nm

0,4-0,8 um

100-150 nm

240-300 nm

140-300 nm

0,4-0,8 um

100-150 nm

Wie lautet das Bougert-Lambeert-Beersche Gesetz?

\(I(x)=I{0}*exp(-\mu{a}*x)\)

I0 soll I tiefgestellt 0 sein

\(\mu a\) soll \(\mu\)tiefgestellt a sein

Wie ist die optische Eindringtiefe definiert und auf welchen Bruchteil fällt die eingestrahlte Intensität I_o im Bereich der optischen Eindringtiefe ab?

\(d=\frac {1} {\mu0}\) --> \(I(d)= I(0)* \frac {1} {d}\)

Wie hängen optische Eindringtiefe und Absorptionskoeffizient zusammen?

\(d= \frac {1} {\mu a}\)

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