In dieser Arbeit wird ein Verfahren der optischen Tomografie vorgestellt, welches es mit Licht ermöglicht diffuse Objekte, wie zum Beispiel weiches, menschliches Gewebe, zu untersuchen um Inhomogenitäten zu detektieren, die sich optisch im Absorptions- oder im Streukoeffizienten vom umgebenden Gebiet unterscheiden.
Die Amplitudenabschwächungen und Phasenverzögerungen zu den an anderen Stellen ausgekoppelten Signalen beinhalten Informationen über die optische Struktur des Inneren der Probe. Zur schnellen und unkomplizierten Aufnahme eines Datensatzes, der aus mehreren Einzelmessungen von Amplitudenabschwächungen und Phasenverzögerungen besteht, wurde ein Scan-Kopf entwickelt, der mit Quelle und Detektor versehen über die Probe geführt wird. Die Anzahl und die geometrische Verteilung der Messstellen wurden für den entworfenen Messaufbau und die untersuchten Proben optimiert. Schließlich musste ein mathematisches Verfahren weiterentwickelt werden, um mit vertretbarem Aufwand aus dem gewonnenen Datensatz für bestimmte Geometrien und optische Eigenschaften eines Messobjekts Schnittbilder zur Lokalisierung von Einschlüssen berechnen zu können.
Im ersten Teil der Arbeit wird die Theorie der Lichtausbreitung in diffusen Medien ausführlich beschrieben und eine Möglichkeit aufgezeigt, die in Amplitudenabschwächungen und Phasenverzögerungen enthaltenen Informationen messtechnisch zu nutzen.
Schließlich werden Finite-Elemente-Simulationen von Proben mit verschiedenen Einschlüssen und Messungen an ähnlichen, realen Proben durchgeführt und die Ergebnisse miteinander verglichen. Eine Untersuchung der Möglichkeiten zur praktischen Anwendung dieses Systems rundet die Arbeit ab.
Sprache der Kurzfassung:
Deutsch
Englische Bezeichnung:
Optical Tomography
Englische Kurzfassung:
In the presented work a method of optical tomography is introduced which is suitable for investigating diffuse objects, for example soft human tissues, to detect inhomogeneities having deviating absorption- and scattering properties, respectively, compared to the surrounding volume.
Intensity modulated near infrared light, is coupled into the surface of the object and is picked up amplitude damped and phase shifted at a different surface location. The set of amplitude ratios and phase differences obtained by various such geometrically distributed measurements create a record which becomes a part of a system of equations to be approximately solved by inversion. A scan-head, which guides the attached optical source- and detector fiber over the surface, was developed to easily collect the desired set of records. The number and the geometrical distribution of the pickup locations was optimized for the setup and various investigated objects. Eventually a mathematical method was developed to obtain slice images to localize potential inclusions by justifiable effort, this turned out to be possible for certain geometries and optical properties of tested probes.
The first part explains in detail the theory of light propagation in turbid media and methods are evolved to obtain utilizable information of the inner structure of a probe.
Finally finite elements simulations of probes containing various inclusions are performed as well as real measurements of similar probes to be compared with each other. The work concludes by discussing the applicability of this system in real-life measurements and arising problems.
Forschungs-