Untersuchung von Lasersystemen für die 3D-Endomikroskopie unter Nutzung von kohärenten Faserbündeln

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jürgen W. Czarske
• Subject Area: Biomedizinische Systemtechnik
• Term: since 2020
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 454289351

Die Zielsetzung ist es, eine neuartige minimalinvasive 3D-Endoskopietechnik grundlegend zu untersuchen. Für die Sensorik und Aktorik sind flexible Endoskope mit kleinem Durchmesser wünschenswert, um einen Schlüssellochzugang zu ermöglichen. Die 3D-Bildgebung mit minimal-invasiven Endoskopen spielt eine große Rolle in der Biomedizin und beim Monitoring in der Fertigungstechnik. Faserbasierte Endoskope sind ebenfalls für die optogenetische Zellstimulation oder im optischen 3D-Druck von großer Bedeutung. Die verfügbaren Endoskope basierend auf der Auswertung der Lichtintensität und nutzen Abbildungstechniken. Durch die komplexen Abbildungsoptiken können viele Anwendungen nicht erschlossen werden. Das Ziel des Vorhabens ist es, eine Auswertung des komplexen Lichtphasors vorzunehmen, womit auf Abbildungsoptiken verzichtet werden kann. Hierfür sollen faseroptische Bildwellenleiter zur Übertragung 3D-Informationen genutzt werden (optische Intensitäts- und Phasenverteilung). Somit lassen sich flexible Endoskope realisieren, deren Durchmesser nur durch den Querschnitt des kohärenten Faserbündels beschränkt ist. Die Herausforderung ist, eine in-situ Eigenkalibrierung der Störung der Lichtinformation während der Übertragung durchzuführen, wozu die Fortschritte der digitalen Transition genutzt werden sollen.Unter Nutzung eines integrierten Reflektors soll eine Kalibrierung untersucht werden, die auch große Krümmungen des kohärenten Faserbündels toleriert. Die überlagernden Informationen aus Kalibrierung und Messung sollen mittels Femtosekunden-Laserpulsen getrennt werden. Dies ermöglicht prinzipiell die Messung von Oberflächenreflexen als auch eine 3D-Stimulation für die Optogenetik. Zur Erhöhung der Datenrate soll eine aktorlose 3D-Bildgebung mittels empfangseitigem Beamforming eruiert werden, welche prinzipiell single-shot 3D-Messungen erlaubt. Die Ergebnisse des Projektes zu den Eigenschaften der Sensorik und Aktorik des neuartigen linsenlosen Endoskop werden insbesondere für die Biophotonik interessante und spannende Erkenntnisse erbringen.

• DFG Programme: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Robert Kuschmierz