Bildverarbeitung im Mikrometerbereich
Bei vielen biomedizinischen Anwendungen wie etwa der optischen Mikroskopie und der Lasernanochirurgie ist es erforderlich, Licht im Mikrometerbereich zu fokussieren. Die Heterogenität von biologischen Geweben bewirkt jedoch Lichtstreuung und verhindert eine wirkungsvolle Fokussierung. Infolgedessen beschränkt sich die optische Mikroskopie derzeit auf die oberflächliche Untersuchung der Proben. Es gibt allerdings zunehmend Hinweise darauf, dass diese zufällige Streuung durch hochauflösende Wellenfrontformung gesteuert werden kann. Das von der EU geförderte Projekt NOLIMIT (Nonlinearity-assisted optical focusing and imaging deep inside scattering media) entwickelte einen neuartigen Ansatz auf Grundlage einer photoakustischen (PA) Transmissionsmatrix für Bildgebung und Lichtsteuerung. Die erzeugte Vorrichtung beinhaltete einen konventionellen photoakustischen tomografischen Messplatz, der mit einem hochauflösenden computergesteuerten räumlichen Lichtmodulator ausgestattet ist. Ultimatives Ziel war es, die Auflösungsgrenze der optischen Tiefengewebeverfahren zu überwinden und die mikroskopische Bildgebung zu verbessern. Unter Einsatz der photoakustischen Transmissionsmatrix konnten die Wissenschaftler das Licht auf ein beliebiges Ziel innerhalb einer optisch undurchsichtigen Probe und auf eine beliebige Position in einem großen Sichtfeld fokussieren. Die Modulation des photoakustischen Signals gestattete ihnen die Abbildung absorbierender Strukturen, die mit herkömmlichen Mitteln unsichtbar blieben. Des Weiteren entwickelte das Konsortium eine endoskopische Bildgebungstechnik sowie einen Ansatz zur passiven akustischen Bildgebung, um Bilder ohne Einsatz von Linsen oder konventionellen Scannern zu erzeugen. Diesem Verfahren wohnt ein großes Potenzial auf eine Miniaturisierung der medizinischen endoskopischen Bildgebungssonden inne. Insgesamt hat man mit den wissenschaftlichen Errungenschaften der NOLIMIT-Studie die Auflösungsgrenzen der optischen Tiefengewebeverfahren überwunden. Nun sollte eine verbesserte biomedizinische Bildgebung folgen. Die Forscher sind zuversichtlich, dass schon bald die bildliche Darstellung der Embryonalentwicklung durch die optisch undurchsichtige Schale eines Eis hindurch realisierbar sein wird.
Schlüsselbegriffe
Bildverarbeitung, Bildgebung, Imaging, optische Fokussierung, Mikroskopie, Auflösung, photoakustische Übertragung
