Medizinische Gerätetechnik II Medizinische Optik und Laser Schall und Ultraschall weitere Themen… WiSe 2014/15

Was ist „(bio)medizinische Optik” ? Einsatz optischer Techniken –um Krankheiten zu diagnostizieren und zu behandeln und –um (neue) biologische Informationen zu gewinnen WS 2014/15Medizinische Gerätetechnik II - Einführung 2

Was ist „(bio)medizinische Optik” ? Alles was mit dem Auge bzw. dem Sehen zusammenhängt –Physik und Physiologie des Auges und des Sehens ▪Das Auge als optisches System ▪Hell-Dunkel-Sehen, Farbsehen, Form- und Bewegungserkennung … –Sehfehler und ihre Korrektur oder Behandlung ▪Brillen und Kontaktlinsen ▪Hornhautoperationen, künstliche Augenlinsen … –Augenbezogene optische Instrumente ▪Lupe, Fernrohr … Optische Diagnoseverfahren –in Vivo ▪Betrachtung äußerer und innerer Oberflächen ▪Betrachtung dreidimensionaler Gewebevolumina („Tomografie”) ▪Identifikation der vorhandenenen Merkmale von makroskopischen Veränderungen bis hinunter auf zelluläre oder molekulare Größe –in Vitro ▪Betrachtung von Gewebepräparaten ▪Identifikation und Quantifizierung verschiedener Zellsorten ▪Untersuchung der Funktion einzelner Zellen Optische Therapieverfahren –Einwirkung auf das Gewebe mit Licht, insbesondere mit Lasern ▪Schneiden, Koagulieren, Fräsen, Bohren, Schweißen ▪Aktivierung von biologischen oder biochemischen Prozessen durch Licht WS 2014/15Medizinische Gerätetechnik II - Einführung 3

Vorteile optischer Verfahren in der Medizin Licht ist schon ein primäres Diagnosewerkzeug –medizinische Diagnosen hängen stark von der visuellen Einschätzung ab Hohe räumliche Auflösung –Auflösung hängt von Wellenlänge und Größe der Quelle ab –Optische Mikroskopie ist grundlegend für die pathologische Diagnose Hohe zeitliche Auflösung –schnelle biochemische Prozesse können verfolgt werden –zeitaufgelöste Bildgebung (ns) ist möglich Funktionale bzw. biochemische Informationen aus optischer Spektroskopie –Absorptions- und Fluoreszenzspektroskopie sehr verbreitet in analytischer Chemie –auch für in-situ Gewebediagnose Licht kann durch Glasfasern an den Einsatzort geleitet werden –Grundlage für minimal-invasive Chirurgie und Diagnose (Endokopie, Katheter etc.) –Alle inneren freien Oberflächen des Körpers sind für Licht zugänglich Sicherheit –sichtbares bzw. infrarotes Licht ist keine ionisierende Strahlung –keine Hochfrequenzstörungen, kompatibel mit Herzschrittmachern, EKG, MRI etc. Kosten –Halbleiterlichtquellen und -detektoren, Glasfaserkomponenten, integrierte Systeme sind nicht extrem teuer WS 2014/15Medizinische Gerätetechnik II - Einführung 4

Inhalte Optik Grundlagen –Licht: Strahlenoptik – Wellenoptik – Quantenoptik –Brechung und Reflexion –Wechselwirkung von Licht mit Materie –Abbildungsoptik –Beugung Augenoptik –optische Eigenschaften des Auges –augenbezogene optische Instrumente –augenärztliche Geräte Endoskope Gewebeoptik –Absorption durch wichtige Gewebebestandteile –Streuung –therapeutisch/diagnostisch nutzbarer Wellenlängenbereich –Beispiel: Pulsoximetrie WS 2014/15Medizinische Gerätetechnik II - Einführung 5

Inhalte Laser Grundlagen –Eigenschaften von Laserlicht –Prinzipieller Aufbau und Funktion eines Lasers –wichtige Lasertypen –Messung von Lasereigenschaften –Lasersicherheit Medizinische Anwendung –Wechselwirkung mit Gewebe –Anwendungsbeispiele –Vergleich mit anderen Verfahren WS 2014/15Medizinische Gerätetechnik II - Einführung 6

… und nach der Optik Ultraschall –Grundlagen Akustik –Grundlagen Ultraschall –Doppler-Diagnostik –Ultraschall-Bildgebung –Stoßwellen WS 2014/15Medizinische Gerätetechnik II - Einführung 7