LUH_LeibnizCampus 19 2017
Ehemaligenmagazin der Leibniz Universität
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Forschungsschwerpunkt | Optische Technologien<br />
Wie kann Licht Infor mationen<br />
über die Melanomdicke<br />
liefern?<br />
Derzeit arbeitet ein Team aus<br />
Wissenschaftlerinnen und<br />
Wissenschaftlern am HOT an<br />
den technischen und methodischen<br />
Grundlagen zur Kombination<br />
der optischen Modalitäten<br />
mit dem späteren Ziel der<br />
Entwicklung eines marktfähigen,<br />
medizinischen Produkts.<br />
Aber welche physikalischen<br />
Grundlagen ermöglichen die<br />
Differenzierung von krebsartigem<br />
und gesundem Gewebe<br />
und wie lassen sich Aussagen<br />
über die Dicke eines eventuell<br />
vorhandenen Melanoms treffen?<br />
Hierbei nutzen die optischen<br />
Messmethoden OCT,<br />
Optoakustik und Raman-<br />
Spektroskopie unterschiedliche<br />
Eigenschaften von biologischem<br />
Gewebe. Mittels OCT<br />
werden Brechungsindexunterschiede<br />
sichtbar gemacht, wie<br />
sie beispielsweise auch bei einer<br />
Luft-Wasser Oberfläche<br />
auftreten. Optoakustik nutzt<br />
gezielt die stärkere Absorption,<br />
also Lichtabschwächung,<br />
im Melanom im Vergleich zur<br />
gesunden Haut aus. Die molekulare<br />
Zusammensetzung<br />
und damit die Malignität<br />
(Gut- beziehungsweise Bösartigkeit)<br />
einer Hautläsion lassen<br />
sich mittels Raman-Spektroskopie<br />
ermitteln.<br />
Physikalischer Hintergrund<br />
der Messtechnik<br />
Die OCT ist ein interferometrisches<br />
Verfahren, bei dem die<br />
Laufzeit von Licht im Gewebe<br />
mit der in Luft verglichen<br />
wird. Werden zusätzlich breitbandige<br />
Lichtquellen, typischerweise<br />
im infraroten Bereich<br />
des Lichtspektrums, verwendet,<br />
so können 3D-Bilder<br />
der Haut aufgenommen werden.<br />
Die Eindringtiefe des<br />
Verfahrens ist in der Praxis<br />
durch Gewebestreuung limitiert<br />
und erreicht in menschlicher<br />
Haut typischerweise<br />
Jenny Stritzel<br />
Jahrgang <strong>19</strong>87, ist seit Ende<br />
2013 wissenschaftliche Mitarbeiterin<br />
am Hannoverschen<br />
Zentrum für Optische Technologien.<br />
Ihre Forschungsinteres<br />
sen liegen im Bereich der<br />
medizinischen Bildgebung und<br />
-verarbeitung. Kontakt: jenny.<br />
stritzel@hot.uni-hannover.de<br />
Tiefen von bis zu 1,5 mm oder<br />
2 mm. Die OCT ermöglicht<br />
insbesondere auch eine 3D-Bestimmung<br />
morphologischer<br />
Eigenschaften (Gewebestrukturen)<br />
(siehe Abbildung 2 und<br />
Abbildung 3), was mit unter<br />
Aufschluss über die Malignität<br />
der Hautläsion geben kann.<br />
Das Verfahren ist prädestiniert<br />
zur Diagnose von<br />
malignen Melanomen mit moderaten<br />
Invasionstiefen.<br />
Hat das Melanom bereits tiefere<br />
Hautschichten penetriert<br />
und somit bereits Invasionstiefen<br />
erreicht, bei denen eine<br />
Arthur Varkentin<br />
Jahrgang <strong>19</strong>85, ist seit Ende<br />
2013 wissenschaftlicher Mitarbeiter<br />
am Hannoverschen Zentrum<br />
für Optische Technologien.<br />
Seine Forschungsinteressen<br />
liegen im Bereich der Optischen<br />
Kohärenztomographie.<br />
Kontakt: arthur.varkentin@<br />
hot.uni-hannover.de<br />
Metastasierung sehr wahrscheinlich<br />
ist, dann muss man<br />
von den rein optischen Verfahren<br />
hin zu einer Hybridmethode<br />
übergehen, wie zum<br />
4<br />
Beispiel der Optoakustik. Bei<br />
optoakustischen Messungen<br />
wird die zu untersuchende<br />
pigmentierte Hautläsion mittels<br />
sehr kurzer Laserpulse<br />
beleuchtet. Hierdurch kommt<br />
es zur thermisch bedingten<br />
Ausdehnung und wieder Abkühlung<br />
des Gewebes, wodurch<br />
eine akustische Schallwelle<br />
im Gewebe entsteht. Ein<br />
Schalldetektor detektiert dann<br />
die akustischen Wellen, die<br />
Elias Blumenröther<br />
Jahrgang <strong>19</strong>87, ist seit Ende<br />
2013 wissenschaftlicher Mitarbeiter<br />
am Hannoverschen<br />
Zentrum für Optische Technologien.<br />
Seine Forschungsinteressen<br />
liegen im Bereich<br />
der Optoakustik. Kontakt:<br />
elias.blumenröther@hot.unihannover.de<br />
wieder an die Hautoberfläche<br />
gelangen – ähnlich wie bei Ultraschallgeräten.<br />
Die Messungen<br />
sind ebenfalls nichtinvasiv,<br />
können aber im Vergleich<br />
zur OCT Informationen aus<br />
deutlich tiefer liegenden<br />
Schichten im Gewebe liefern,<br />
da sich die optischen Eigenschaften<br />
der Haut von den<br />
akustischen unterscheiden.<br />
Neben der morphologischen<br />
Darstellung einer Hautläsion<br />
ist zusätzlich im Rahmen einer<br />
Diagnose eine eindeutige<br />
Differenzierung von gesundem<br />
und krebsartigem Gewebe<br />
notwendig, die mit OCT<br />
und Optoakustik nicht eindeutig<br />
erreicht werden kann.<br />
Hierfür setzen wir als dritte<br />
Modalität die Raman-Spektroskopie<br />
ein. Mit diesem Verfahren<br />
wird ebenfalls die betroffene<br />
Hautstelle mit Licht bestrahlt<br />
und dessen inelastische<br />
Streuung an den Molekülen,<br />
die Bestandteil der menschlichen<br />
Haut sind, spektroskopisch<br />
untersucht. So können<br />
verschiedene, in der Haut vorkommende<br />
Carotinoide (fettlösliche,<br />
gelbe bis rötliche<br />
Farbstoffe), Proteine (Eiweiße)<br />
und Lipide (Fette) charakterisiert<br />
werden. Die Zusammen<br />
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