Optischen Abbildung von biologischem Gewebe jenseits der Streuungbarriere durch ultraadaptive Holoskopie und Mikroendoskopie (UlHoMi)

• Antragsteller: Professor Dr. Gereon Hüttmann
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 561182387

Obwohl in den letzten Jahren beeindruckende Fortschritte erzielt wurden, bleibt die optische Bildgebung in streuenden Medien weiterhin eine wissenschaftliche und technologische Herausforderung. Sie verspricht jedoch wichtige Anwendungen in vielen Bereichen, insbesondere in der Biomedizin, wo die komplexe Struktur biologischer Gewebe diese für konventionelle Bildgebungstechniken undurchsichtig macht. In diesem Projekt schlagen wir zwei vielversprechende parallele Ansätze vor, um zwei grundlegende Einschränkungen der nichtinvasiven und minimal-invasiven optischen Mikroskopie anzugehen: markierungsfreie volumetrische Bildgebung durch stark streuende Volumen sowie flexible Mikroendoskopie mit extrem kleinem Platzbedarf für minimal-invasive volumetrische Bildgebung in Tiefen jenseits der Absorptionsgrenze. Die Bewältigung dieser fundamentalen Herausforderungen wird durch die komplementäre Expertise des israelischen Antragstellers, eines weltweit führenden Experten im aufstrebenden Bereich der „Wellenfront-Formung“ für die Bildgebung in komplexen Medien, und des deutschen Antragstellers, der die „Holoskopie“ entwickelt und perfektioniert hat, ermöglicht. Diese Technik zur volumetrischen Aufnahme und Bildrekonstruktion zeichnet sich durch unübertroffene Leistungsfähigkeit in Bezug auf Bildgeschwindigkeit, Auflösung und Anpassungsfähigkeit aus und hat zu wegweisenden Ergebnissen in der biomedizinischen Bildgebung geführt. Um die aktuellen Grenzen der volumetrischen Streuung zu überwinden, schlagen wir vor, die kürzlich entwickelte Technik des israelischen Antragstellers, die eine Rekordleistung in der rechnerischen Streukorrektur bietet, aber auf planare oder geschichtete Ziele beschränkt ist, mit der Holoskopie zu kombinieren, die schnelle volumetrische Bildgebung ermöglicht. Eine effiziente volumetrische Kompensation von Streuung bei der Bildgebung von volumetrischen Objekten mit geringem Kontrast, wie es für die biomedizinische Bildgebung erforderlich ist, wird durch die Kombination neuartiger algorithmischer Ansätze und optimierter Bildaufnahmetechniken erreicht. Im zweiten Ansatz der minimal-invasiven Bildgebung tiefer Gewebeschichten schlagen wir vor, die kürzlich entwickelte „distale Holografie“-Technik der Katz-Gruppe mit Holoskopie zu kombinieren, um diese aktuell nur zur Bildgebung planarer und relativ statischer Ziele geeignete Technik auf volumetrische, bewegte Strukturen zu erweitern. Dies soll durch neuartige algorithmische Korrekturen von Aberrationen und die Entwicklung einer miniaturisierten distalen Holografie-Sonde für eine verbesserte, vom Faserdurchmesser entkoppelter Auflösung erreicht werden. Unser vorgeschlagenes Projekt wird, sobald es realisiert ist, eine Grundlage für neue Möglichkeiten zur Bildgebung in komplexen Medien schaffen, mit potenziellen Anwendungen weit über die Biomedizin hinaus.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Israel
• Partnerorganisation: The Israel Science Foundation
• Kooperationspartner: Professor Dr. Ori Katz