Biologische Forschung

NIR-SWIR-Wellenlängen haben für die biologische Forschung und klinische Studien an Bedeutung gewonnen. Sei es wegen der geringeren Lichtstreuung bei längeren Wellenlängen, zum Nachweis molekularer (chemischer) Absorptionsbanden oder zum Erfassen der Emissionen mehrerer Fluoreszenzfarbstoffe. Durch die geringere Streuung können die Lichtsonden der Optischen Kohärenztomographie (OCT) tiefer in sonst undurchsichtiges Gewebe eindringen und die Schichten der Netzhaut abbilden. Die molekulare Absorptionsbande von Wasser ermöglicht die Bildgebung durch das undurchsichtige Trommelfell oder durch die oberste Hautschicht hindurch, um Flüssigkeitsansammlungen zu erkennen, die Ohrenschmerzen oder Quaddeln oder Nesselsucht auf der Haut verursachen und somit eine allergische Reaktion anzeigen. In einer anderen Anwendung ermöglicht die geringere Streuung und die Fähigkeit von SWIR, infrarote Fluoreszenzfarbstoffemissionen zu erfassen, eine bildgeführte Chirurgie, selbst wenn sich ein Tumor unter einer Schicht gesunden Gewebes befindet. Bei dieser Technik werden NIR- und SWIR-Fluoreszenzfarbstoffe verwendet, um verschiedene Gewebe zu markieren. Dies hilft dem Chirurgen, Nerven, Gallengänge, Blutgefäße oder andere Organe zu identifizieren und zu vermeiden, dass sie beschädigt werden, während gleichzeitig der gesamte Tumor erkennbar bleibt. Durch die Verwendung eines Filterrads oder sogar durch das Aufbringen von Filtern in einem Muster auf die Pixel des Detektors kann der breite Wellenlängenbereich unserer SWIR-Kameras vom sichtbaren bis zum SWIR-Bereich genutzt werden, damit ein optischer Pfad und ein Sensor mehrere sichtbare, NIR- oder SWIR-Farbstoffe gleichzeitig abbilden können. Die Kamera erfasst dann die Position jedes markierten Gewebes genau und vermeidet das Risiko mechanischer Fehlausrichtungen oder Fehlkalibrierungen, die den Chirurgen täuschen könnten. Der große Dynamikbereich der Tour-Kameras und ihre 14-Bit-Linearität ermöglichen die Abbildung komplexer chirurgischer Felder mit einer Bildqualität, die es erlaubt, selbst schwächste Leuchterscheinungen im gleichen Sichtfeld wie eine helle Reflexion der OP-Lampen zu erkennen. Megapixelformate mit empfindlichen 12-µm-Pixeln bieten die für präzise Operationen erforderliche Auflösung und das erforderliche Sichtfeld.

Unsere 1280SciCam bietet einen gekühlten Betrieb bei sehr schwachen Emissionen, während die MVCam klein und kompakt ist, um den begrenzten Platz über dem Patienten zu nutzen. Der Sensorchip selbst kann für die multispektrale oder hyperspektrale Bildgebung verwendet werden, wenn eine geeignete wellenlängenselektive Optik hinzugefügt wird (wenden Sie sich an unsere Anwendungsgruppe, um individuelle Lösungen für Ihre Anwendung zu besprechen). Mit einem einfachen Bandpassfilter für das Wasserband kann die MVCam in der Praxis eines Allergologen eingesetzt werden, um allergiebedingte Quaddeln oder Beulen abzubilden und eine digitale Aufzeichnung der Reaktion des Patienten zu erstellen.

Eine wichtige biologische Anwendung von linearen InGaAs-Photodioden-Arrays ist die optische Kohärenztomographie im Spektralbereich (SD-OCT). Hier wird kohärentes Licht aus einer faseroptischen Lichtquelle verwendet, um Aufnahmen unterhalb von streuenden Gewebeschichten oder Materialien zu machen. InGaAs-Photodioden ermöglichen die Verwendung längerer Wellenlängen, die das Gewebe besser durchdringen und die Abbildung aller Schichten der Netzhaut oder sogar die Messung des Abstands von der Hornhaut zum Augenhintergrund ermöglichen. Bei dieser Technik wird das von den Gewebestrukturen zurückgestreute Licht durch dieselbe Faser gesammelt, durch ein Interferometer gefiltert und dann durch ein Spektrometer auf eine lineare Fotodiodenanordnung geleitet. Dadurch wird ein Tiefenprofil-Scan der Gewebestruktur erzeugt, nachdem ein mathematischer Prozess, die so genannte Fast Fourier Transformation (FFT), das spektrale Interferogramm dekodiert hat. Durch Abtasten des Gewebes mit dem Laserpunkt wird dann ein 3-D-Bild erstellt, das der Augenarzt ähnlich wie bei einem CAT-Scan oder einem MRT untersuchen kann. PIRT-Linescan-Arrays und -Kameras bieten die Array-Länge und 40.000-Hz-Linienraten für eine kostengünstige SD-OCT mit einer weitaus größeren Phasenstabilität als Swept-Source-OCT-Systeme. Diese SD-OCT-Systeme können auch für andere Anwendungen eingesetzt werden, z. B. für die Darstellung von Hohlräumen oder Rissen in Zähnen, für die Gesundheit des Zahnfleisches oder sogar für die zerstörungsfreie Prüfung in der Industrie, z. B. für die Überwachung der Produktion von mehrschichtigen Kunststoff- oder Keramikschichten.