Einführung in die Biomedizinische Optik
Verständnisfragen zur Klausurvorbereitung SS 2016
Verständnisfragen zur Klausurvorbereitung SS 2016
Set of flashcards Details
| Flashcards | 125 |
|---|---|
| Students | 14 |
| Language | Deutsch |
| Category | Medical |
| Level | University |
| Created / Updated | 13.04.2016 / 24.08.2018 |
| Weblink |
https://card2brain.ch/box/einfuehrung_in_die_biomedizinische_optik
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| Embed |
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Geben sie die Einheit der Strahlungsfeldgröße Bestrahlung (radiant exposure) an.
[(W / m2 )*s]
Formelzeichen: H
H=E*t
Geben sie die Einheit der Strahlungsfeldgröße Energie (energy) an.
[J] Joule
Formelzeichen: Q
Geben sie die Einheit der Strahlungsfeldgröße Leistung (power) an.
[W] Watt
Formelzeichen P
Geben sie die Einheit der Strahlungsfeldgröße Bestrahlungsstärke (irradiance) an.
[\(W / m^2\)]
Formelzeichen E
Wie rechnet man radiometrische in photometrische Größen um?
Photometrische Einheit [lumen] = Radiometrische Einheit x V(\(\lambda\))x685 lm/W
Was sind die wesentlichen Wechselwirkung von Licht mit Gewebe?
- Absorption
- Streuung
- Transmission
- Remission
- Reflexion
Was sind die Haupt-Lichtabsorber im Gewebe?
- Hämoglobin
- Melanin
- Wasser (\(\approx\) 70% des Gewebes)
- Proteine
- Nukleinsäuren DNA und RNA (geringer Massenanteil)
- Collagen
In welchen Wellenlängenbereichen absorbiert Hämoglobin?
In welchen Wellenlängenbereichen absorbiert Melanin?
In welchen Wellenlängenbereichen absorbiert Wasser?
In welchen Wellenlängenbereichen absorbieren Proteine?
In welchen Wellenlängenbereichen absorbiert DNA und RNA?
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 Io im Bereich der optischen Eindringtiefe ab?
\(d=\frac {1} {\mu0}\) --> \(I(d)= I(0)* \frac {1} {d}\)
Wie hängen optische Eindringtiefe und Absorptionskoeffizient zusammen?
\(d= \frac {1} {\mu a}\)
Was versteht man unter dem "optischen Fenster", und welcher Wellenlängenbereich ist ungefähr damit gemeint?
Der (Wellenlängen-)Bereich im Gewebe mit geringem Absorptionskoeffizienten. Ca. 600-1300nm
Geben sie die wesentlichen Charakteristika von Rayleigh-Streuung an.
Moleküle und kleine Partikel
- Polarisationsabhängig..
- ..aber dennoch annähernd isotrop
- Starke Wellenlängenabhängigkeit
- Kleiner Streuquerschnitt ( R6 )
- R<0,2*\(\lambda\)
Geben sie die wesentlichen Charakteristika von Mie-Streuung an.
Mittelgroße und Große Partikel
Bei Großen Partikeln --> "klassische" Streuung
- Vorwärtsstreuung
- Annähernd Polarisationsunabhängig
- Schwache Wellenlängenabhängigkeit mit Modulation
- Streuquerschnitt ( R2)
- R \(\approx \lambda\)
Wie hängen Rayleigh- und Mie-Streuung von der Wellenlänge ab?
Rayleigh: Stark
Mie:Schwach
Warum ist der Himmel blau, der Sonnenuntergang rot und die Wolken weiß?
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).
Definieren Sie den reduzierten Streukoeffizienten.
Reduzierter Streukoeffizient μs' = μs(1 - g) [cm-1]
Was ist die Vorraussetzung für die Transparenz mancher Gewebe (wie z.B. Cornea) ?
Die Transparenz der Hornhaut beruht auf einem kollektiven Streuphänomen:konstruktiver Interferenz der vielen Elemntarwellen von annähernd homogen verteilten Streuern in Vorwärtsrichtung (Huygensches Prinzip).
Wann streut Gewebe?
Wenn der Brechungsindex viel größer ist als der des umliegenden Gewebe.
Warum ist die Haut evolotionsgemäß in äquatorialen Regionen vorwiegend dunkel und in den gemäßigten Breiten vorwiegend hell?
Äquatoriale Region dunkel: Melanin besitzt extrem kurze Anregungszeiten und Umwandlungszeiten von Lichtenergie in Wärme, Angeregte Zustände sind kurzlebig; Unterdrückung zytotoxischer Effekte durch Bildung freier Radikale. Kurz: Schützt vor Sonnenbrand und Hautkrebs.
Helle Haut in gemäßigten Breiten: Vitamin D ist wichtig, hellere Haut ermöglicht eine höhere Vitamin D Produktion.
Wie misst man die totale Transmission, Reflexion, Streuung einer Gewebeprobe?
Mithilfe der doppelten Ulbrichtkugel.
Vorlesung 2 Folie 33 folgende.
Wie misst man den Streu-Anisotropiefaktor g (scattering anisotropy) einer Gewebeprobe?
Mithilfe eines Goniometers
Vorlesung 2 Folie 36
Durch welche physikalischen Größen (mit den dazugehörigen Einheiten) kann man elektromagnetische Strahlung charakterisieren?
- \(\lambda\)(m): Wellenlänge, abstand zwischen 2 aufeinanderfolgenden Maxima einer Welle \(E= \frac {h*c} {\lambda}\)
- \(\nu \)(Hz=1/s): frequenz, Anzahl der kompletten Wellen, die einen punkt pro Sekunde passieren \(E=h* \nu\)
- Wellenzahl \(\nu \over c\)= \(1 \over \lambda\) \(E= h*c* \nu \) mit \(\nu = \frac {1} {cm}\)
Was ist ein Jablonski-Diagramm?
Ein Jablonski-Diagramm veranschaulicht die möglichen Übergänge von Valenzelektronen in die verschiedenen Anregungszustände bei Einstrahlung von Licht und zurück. (Wikipedia)
Welche Arten der "Anregung" von Molekülen werden üblicherweise im Jablonski-Diagramm unterschieden?
- Elastische Rayleigh Streuung
- Inelastische Streuung
- Raman (Stokes und anti-Stokes)
- Brillouin
Was ist ein Singulettzustand?
Gesamtspinquantenzahl S=0, daher Multplizität M = 1 (daher der Name, 1. Linie im Magnetfeld)
Was ist ein Triplettzustand?
Gesamtspinquantenzahl S=1, daher Multiplizität M=3 (daher der Name, 3. Linie im Magnetfeld)
Warum sind die Übergänge zwischen Singulett und Triplett Zuständen "verboten"?
Energieübergänge, bei denen der Gesamtdrehimpuls S konstant bleibt sind "erlaubt". Übergänge, bei denen siche S ändert sind "verboten".
Die Halbwertszeiten von Übergängen bei denen sich der Gesamtdrehimpuls S ändert sind groß.
Unter welchen umständen kann ein Übergang zwischen dem Singulett- und Triplett Zustand trotz des "verbotes" erfolgen?
Beim Intersystem Crossing:
Eigentlich verboteer Übergang zwischen Zuständen verschiedener Multiplizität (Singulett -> Tripulett oder umgekehrt). Impulserhaltung wird über Änderung des Bahndrehimpulses gewährleistet (Spin-Bahn-Kopplung)
Wie sind die spektrale Bandbreiter und die Lebensdauer eines Übergangs zwischen zwei Energieniveaus miteinander verknüpft?
Über die Energie-Zeit Unschärferelation.
Große Lebensdauer des Übergangs <-> geringe Energieunschärfe <-> scharfe Spektrallinie
Warum sind atomare Spektren diskret und Molekülspektren kontinuierlich?
Vibrations- und Rotationszustände verbreitern das (Molekül-)Spektrum
Wie kann man aus dem menschlichen Farbeindruck bei der Betrachtung von Materialien auf deren Absorptioneigenschaften schließen?
Über die Komplementärfarben. Das menschliche Auge sieht die Komplementärfarbe zu der absorbierten Farbe (subtraktive Farbbilung)
Skizzieren sie den Grundaufbau eines Spektrometers mit den relevanten Bauteilen.
Beispiel: Strahlungsquelle - Monochromator - Probe - Detektor
Siehe Vorlesung 3, Folie 27
Wie hängen Transmission, Weglänge, Konzentration und molare Extinktion bei absorptionsspektroskopischen Messungen zusammen?
Transmission(sgrad): \(T= \frac {I t } {I 0 } \leq 1\)
Absorption(sgrad): \(A= 1-T \leq 1\)
Extinktion: \(E= -lg \frac {It} {Io} = lg \frac {I0} {It}= \epsilon * c* d\)
Die Transmission hängt exponentiell von der Konzentration, der Weglänge und dem molaren Absorptionskoeffizienten ab.
(Lambert-Beer'sches Gesetz)
Skizziere den Grundaufbau eines Fluoreszenzmikroskop.
Skript 3, Folie 48
