Einführung in die Biomedizinische Optik

Siehe Vertiefung 2, Folie 26

Zugspannung erhöht Ablationseffizienz --> Reduzierung thermischer Nebeneffekte

• Ablation in Luft -> Ablationswolke
• Ablation in Flüssigkeit -> Blasen und (für kurze Pulse) Stoßwellen
• Flüssigkeits- oder Gewebeeinschluss erhöht die mechanischen Nebeneffekte über Stoßwellen und Blasenbildung
• Konversion in mechanische Energie steigt mit sinkender Pulsdauer.
  • Viel höher für ns Pulse als für us Pulse (danach nahezu konstant)

• Vorpuls erzeugt leere Kavität, die dann mit der Ablationswolke des Hauptpulses gefüllt wird, ohne weitere Kavitation zu erzeugen
• Nicht-Kondensierbares Gas der Ablationsprodukte dämpft den Blasenkollaps
• Blase des Vorpulses erhöht Transmission zum Gewebe

• Langer Q-switch Resonator - viele Longitudinalmoden
• statistische Phasenbeziehung der Moden
• Statistische Interferenz - Spikes auf der Einhüllenden

Linsengleichung:

\(\frac {1} {g} + \frac {1} {b} = \frac {1} {f}\)

Vergrößerung:

\(V= \frac {B} {G} = \frac {b} {g}\)

Siehe auch Vertiefung 2, Folie 39

Öffnungsfehler durch kugelförmige Linsenoberflächen

• Paraxiale Fokusebene
• Longitudinale sphärische Aberration

Siehe auch Vertiefung 2, Folie 40

Der Brechungsindex ist wellenlängenabhängig ("Dispersion").

Er nimmt normalerweise für kurze Wellenlängen zu.

Siehe Vertiefung 2, Folie 40

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

Dabei die Brechung auf beide Flächen verteilen.

Siehe Vertiefung 2, Folie 41

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

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: \(A= \frac {NA} {0,61*\lambda}\)

Sie Vertiefung 2, Folie 44

M_Gesamt = M_Objektiv * M_Okular

• Konfokale Mikroskopie
• Multiphotonenmikroskope

Siehe Vertiefung 2, Folie 48

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.

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

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

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

• 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

• Deutlich  höhere Bestrahlungsstärken können zu Hyperfluoreszenz und Ausbleichen führen

[J] Joule

Formelzeichen: Q

[W] Watt

Formelzeichen P

[\(W / m^2\)]

Formelzeichen E

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

• Absorption
• Streuung
• Transmission
• Remission
• Reflexion

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

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

I0 soll I tiefgestellt 0 sein

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

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

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

Der (Wellenlängen-)Bereich im Gewebe mit geringem Absorptionskoeffizienten. Ca. 600-1300nm

Moleküle und kleine Partikel

• Polarisationsabhängig..
• ..aber dennoch annähernd isotrop
• Starke Wellenlängenabhängigkeit
• Kleiner Streuquerschnitt ( R⁶ )
• R<0,2*\(\lambda\)

Mittelgroße und Große Partikel

Bei Großen Partikeln --> "klassische" Streuung

• Vorwärtsstreuung
• Annähernd Polarisationsunabhängig
• Schwache Wellenlängenabhängigkeit mit Modulation
• Streuquerschnitt ( R²)
• R \(\approx \lambda\)

Rayleigh: Stark

Mie:Schwach

Der Himmel ist blau, weil das Licht an den Luftmolekülen gestreut wird.

Der Sonnenuntergang ist rot, da das Licht roter Wellenlänge langsamer gestreut wird als das Licht blauer Wellenlänge. Beim Sonnenuntergang muss das Licht einen weiteren Weg durch die Atmosphäre zurücklegen.

Die Wolken sind weiß, weil das Licht an den Wassertropfen gestreut wird, in diesem Fall Mie-Streuung (bei den beiden anderen fällen handelt es sich um Rayleigh Streuung).