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Medizinische Physik 3: Medizinische Laserphysik

Medizinische Physik 3: Medizinische Laserphysik

Edition:1 edition

Author(s) :Josef F. Bille, Wolfgang C. Schlegel

Year :2004

ISBN :9783540652557, 3540652558

Pages :459\459

Language :German

Extension :PDF

Size :7 MB (7102314 bytes)

Summary :

Die medizinische Physik hat sich in den letzten Jahren zunehmend als interdisziplinäres Gebiet profiliert. Um dem Bedarf nach systematischer Weiterbildung von Physikern, die an medizinischen Einrichtungen tätig sind, gerecht zu werden, wurde das vorliegende Werk geschaffen. Es basiert auf dem Heidelberger Kurs für medizinische Physik. Die drei Bände vermitteln das für die Fachanerkennung als Medizinphysiker notwendige medizinische und physikalische Wissen. Im Band I werden die medizinischen, medizintechnischen und biomathematischen Grundlagen behandelt. Band II ist der medizinischen Strahlenphysik, Tomographie, Ultraschalldiagnose, Nuklearmedizin und dem Strahlenschutz gewidmet. Band III stellt Grundlagen und Anwendung der medizinischen Laserphysik und Optik vor. Table of contents : Vorwort......Page 5 Inhaltsverzeichnis......Page 8 Mitarbeiter......Page 17 1.1.1 Physiologie des menschlichen Auges......Page 19 1.1.2 Das optische System des Auges......Page 20 1.1.3 Modelle des menschlichen Auges......Page 21 1.2.1 Auflösungsvermögen (Visus)......Page 23 1.2.2 Einfluss der Beugungseffekten......Page 24 1.2.3 Abbildungsfehler des menschlichen Auges......Page 27 1.2.4 Rezeptorendichte der Netzhaut......Page 28 1.3 Optische Qualität des Auges......Page 30 1.4.1 Messmethoden......Page 33 1.4.3 Ausblick......Page 39 1.5.1 Messmethoden......Page 40 1.5.2 Darstellung der Ergebnisse......Page 43 1.6.1 Einführung......Page 46 1.6.2 Die wellenfrontgesteuerte LASIK......Page 49 1.6.3 Erste klinische Ergebnisse der wellenfrontgesteuerten LASIK verglichen mit Daten der konventionellen LASIK-Methode......Page 51 1.6.4 Ausblick......Page 55 Literatur......Page 56 2.1 Eigenschaften von optischen Substraten......Page 57 2.2.1 Linsen......Page 59 2.2.3 Lichtfasern......Page 60 2.3.1 Metallische Beschichtungen......Page 62 2.3.2 Dielektrische Beschichtungen......Page 63 2.4.1 Polarisatoren......Page 64 2.4.3 Pockel-Zellen......Page 65 2.5 Lichtmodulatoren......Page 66 2.6.2 Charge-Coupled Devices (CCD)......Page 67 2.6.4 Streak-Kameras......Page 68 Literatur......Page 69 3.1.3 Das Huygens-Fresnel-Prinzip......Page 70 3.1.4 Die Beugung am Doppelspalt......Page 71 3.1.5 Die Beugung am Einzelspalt......Page 72 3.1.6 Die Beugung am Gitter......Page 73 3.2 Die Theorie der Beugung......Page 74 3.2.1 Das Beugungsintegral......Page 75 3.2.2 Das Babinet-Prinzip......Page 76 3.3 Die Fraunhofer-Beugung......Page 77 3.3.1 Die Berechnung einer rechteckigen Blende......Page 78 3.3.2 Die Beugung an einer kreisförmigen Blende......Page 79 3.4 Fresnel-Beugung......Page 83 3.4.1 Die Cornu-Spirale......Page 86 Literatur......Page 88 4.1.1 Interferenzfähigkeit des Lichts......Page 89 4.1.2 Zeitliche Kohärenz......Page 91 4.1.3 Räumliche Kohärenz......Page 93 4.2 Ausbreitung von Laserlicht: der Gauß-Strahl......Page 94 4.3.1 Elektromagnetische Welle im polarisierbaren Medium......Page 98 4.3.2 Klassisches Oszillatormodell: Absorption und Dispersion......Page 100 4.3.3 Verbindung zur Quantenmechanik und Lasertheorie......Page 101 Literatur......Page 103 5.1 Ausbreitung elektromagnetischer Wellen......Page 104 5.2.1 Dispersion......Page 105 5.3 Nichtlineare Wellenausbreitung......Page 108 5.3.1 Die nichtlineare Suszeptibilität......Page 109 5.3.2 Wichtige nichtlineare Prozesse......Page 111 5.4 Erzeugung von kurzen Laserpulsen......Page 114 5.5.1 Aktive Güteschaltung......Page 116 5.5.2 Passive Güteschaltung......Page 117 5.6.1 Aktive Modenkopplung......Page 118 5.6.2 Passive Modenkopplung......Page 120 5.7.1 Kompakter diodengepumpter modengekoppelter Laser......Page 122 Literatur......Page 123 6.1.1 Laserinduzierte Fluoreszenz (LIF)......Page 125 6.1.2 Zweiniveaumodell der LIF......Page 127 6.2.1 Absorption und Dispersion......Page 130 6.2.2 Absorptionsspektroskopie mit Lasern......Page 132 Literatur......Page 139 7.1.1 Nichtlineare Raman-Prozesse......Page 140 7.2 Nichtlineare Absorptionsspektroskopie......Page 145 7.2.1 DFWM......Page 146 7.2.2 Lasermassenspektroskopie......Page 148 Literatur......Page 149 8.1 Problemstellung......Page 150 8.2.1 Grundprinzip......Page 152 8.2.2 Konfokale Fluoreszenzmikroskopie......Page 153 8.2.3 Fluoreszenzmarkierungstechniken für die 3D-Mikroskopie des Genoms......Page 157 8.2.4 Dreidimensionale Digitale Bildverarbeitung......Page 158 8.2.5 Experimentelle Kalibrierungsmessungen......Page 161 8.2.6 Modelle zur Architektur von Zellkern und Chromosomen......Page 168 8.3.1 Ausdehnung individueller Chromosomenterritorien im Zellkern: Vergleich mit quantitativen Voraussagen......Page 171 8.3.3 Morphologie von Chromosomenterritorien......Page 172 8.3.4 Topologie der Chromosomenterritorien......Page 175 8.3.5 Dynamik der Kernarchitektur......Page 177 8.4.1 Bedeutung einer dreidimensionalen Kernarchitektur......Page 178 8.4.2 Weiterentwicklung der konfokalen Mikroskopie......Page 179 8.4.4 Weiterentwicklung von Computermodellen......Page 182 Literatur......Page 184 9.1 Grundlegendes zur Auflösung......Page 191 9.2.1 Das konfokale Fluoreszenzrastermikroskop......Page 194 9.2.2 Das Multiphotonenfluoreszenzrastermikroskop......Page 199 9.2.3 Anregung durch Ein- und Multiphotonenabsorption......Page 201 9.2.4 Limitierende Effekte in der Multiphotonenmikroskopie......Page 208 9.2.6 Anwendungsbeispiele der Multiphotonenmikroskopie......Page 210 9.2.8 Konfokale Multiphotonenmikroskopie......Page 214 9.3 Point-Spread-Function-Engineering als Ansatz zur Auflösungserhöhung im Fernfeldmikroskop......Page 215 9.3.1 Grundlagen der 4pi-konfokalen Mikroskopie......Page 216 9.3.2 Multiphotonen-4pi-konfokale Mikroskopie......Page 220 9.3.3 Höchstauflösung in lateraler Richtung: Neuere Konzepte......Page 224 9.4 Zusammenfassung und Ausblick......Page 225 Literatur......Page 226 10 Flusszytometrie......Page 227 10.1 Historie......Page 228 10.2 Allgemeiner Aufbau und Prinzip eines Flusszytometers......Page 229 10.3.2 Anregungsoptik......Page 232 10.3.3 Detektionsoptik......Page 235 10.3.4 Hydrodynamik von ” Jet-in-Air“-Tröpfchensortern......Page 237 10.4 Fluoreszenzmarkierung......Page 242 10.5 Slit-Scan-Analyse und Sortierung......Page 243 Literatur......Page 246 11.1 Optische Datenspeicherung und -wiedergabe bei CD......Page 249 11.1.1 Konfokale Mikroskopie......Page 251 11.1.2 Bildübertragung......Page 253 11.1.3 Konfokale Fluoreszenzmikroskopie......Page 255 11.1.4 Beobachtung......Page 256 Literatur......Page 260 12.1.1 Aufzeichnung des Hologramms......Page 261 12.1.2 Rekonstruktion des Hologramms......Page 262 12.1.3 Holographische Interferometrie......Page 263 Literatur......Page 267 13.1.1 Linienbreite der Lichtquelle und Kohärenzlänge......Page 268 13.1.3 Zweistrahlinterferenz......Page 270 13.1.4 Zweistrahlinterferenzanordnungen......Page 271 13.2.1 Fizeau-Interferenzgerät......Page 272 13.2.2 Michelson-Anordnung......Page 273 13.2.3 Twyman-Green-Interferometer......Page 274 13.2.5 Mach-Zehnder-Interferometer......Page 275 13.2.6 Wellenfrontscherungsinterferometer......Page 276 13.3 Digitale interferometrische Messtechnik......Page 277 13.3.1 Phasenschiebeverfahren......Page 278 13.3.2 Anwendung der Interferenzmethoden in der Mikroskopie......Page 280 13.4 Heterodynverfahren......Page 282 13.5 Interferometrische Längenmessung......Page 283 13.5.1 Interferometrische Messung geometrischer Größen und Fehlerquellen......Page 285 13.6.1 Zweiwellenlängen-(2λ)-Verfahren......Page 286 13.6.3 Weißlichtinterferometrie......Page 287 Literatur......Page 288 14.1.1 Helium-Neon-(HeNe-)Laser......Page 290 14.1.2 Argon-Ionen-(Ar+-)Laser......Page 292 14.1.3 Kohlendioxid-(CO2-)Laser......Page 293 14.1.4 Excimerlaser......Page 297 14.1.5 Konstruktion......Page 299 14.1.6 Farbstoffaser......Page 301 14.1.7 Laseraufbau......Page 304 14.2 Festkörperlaser......Page 306 14.2.1 Rubinlaser......Page 307 14.2.2 Neodym-YAG-Laser (inkl. Erbium-, Holmiumlaser)......Page 308 14.2.3 Halbleiterlaser......Page 311 14.3 Diodengepumpte Festkörperlaser......Page 314 14.4.1 Pikosekundenlaser im IR, sichtbaren und UV-Spektralbereich......Page 316 14.4.2 Ti:Saphir-Femtosekundenlaser......Page 325 14.5.1 Physikalisches Prinzip der Freie-Elektronen-Laser......Page 330 14.5.2 Die Freie-Elektronen-Laser FELIX und S-DALINAC......Page 331 14.5.3 Medizinische Forschung mit FEL......Page 332 Literatur......Page 333 15.1.1 Klassifizierung nach Wechselwirkungszeiten......Page 334 15.1.2 Beispiele für die klinische Lasertherapien......Page 335 15.2.1 Grundlagen der photochemischen Wechselwirkung......Page 336 15.3.1 Grundlagen der photothermischen Wechselwirkung......Page 337 15.3.2 Modell der photothermischen Wechselwirkung......Page 339 15.4.1 Grundlagen der photoablativen Wechselwirkung......Page 342 15.4.2 Modell der photoablativen Wechselwirkung......Page 344 15.5.1 Grundlagen der photodisruptiven/plasmainduzierten Wechselwirkung......Page 346 15.5.2 Theoretisches Modell der plasmainduzierten Ablation......Page 350 15.5.3 Dynamik des Ablationsprozesse......Page 352 Literatur......Page 354 16 Laser in der Augenheilkunde......Page 356 16.1 Diagnostische Laseranwendungen......Page 358 16.1.1 Laserscanningtomographie zur Glaukomdiagnostik ("grüner Star“)......Page 359 16.1.2 Aktiv-optische Verbesserung der Tiefenauflösung......Page 360 16.1.3 Fourier-ellipsometrische Vermessung der Nervenfaserschicht......Page 361 16.2.1 Die Netzhaut......Page 363 16.2.2 Die Linse......Page 364 16.2.3 Die Iris......Page 366 16.2.5 Die Sklera......Page 367 16.2.6 Die Hornhaut......Page 368 16.3 Ausblick......Page 372 Literatur......Page 373 17.2 Minimal-invasive Behandlung von Deformierungen der Wirbelsäule durch Laserablation......Page 375 17.2.1 Physikalische Eigenschaften von Knochengewebe......Page 376 17.2.2 Minimal-invasive Skoliosebehandlung mit dem Ho:YAG-Laser......Page 378 17.3 LITT von Knochentumoren unter MRT-Temperaturkontrolle......Page 385 17.3.1 Experimenteller Aufbau......Page 387 17.3.2 Histologische Untersuchungen......Page 389 17.3.3 Knochenkoagulation mit dem Nd:YAG-Laser......Page 390 17.3.4 Knochenkoagulation mit dem Diodenlaser......Page 391 17.3.5 Online-MRI-Temperaturkontrolle w¨ahrend Laserkoagulation von Knochengewebe......Page 393 Literatur......Page 397 18 Stereotaktische Laserneurochirurgie......Page 400 18.1 Stereotaktische Bestrahlungstechniken......Page 403 18.1.1 Stereotaxie......Page 404 18.2.1 Laserlichtquellen......Page 405 18.2.2 Laserablation von Hirngewebe......Page 407 18.2.3 Stereotaktische Lasersonde......Page 409 18.2.4 Eine zukünftige Strategie......Page 410 18.3.1 Fluoreszenzmikroskopie......Page 412 18.3.2 Autofluoreszenz......Page 413 18.3.3 OCSA......Page 415 18.3.4 Adaptive Optik......Page 416 Literatur......Page 419 19.1.2 Hardlaser......Page 421 19.2 Anwendungsobjekt Zahn......Page 422 19.3.1 Photothermische-, thermomechanische Wirkung......Page 424 19.3.3 Photoablative Wirkung......Page 425 19.4 In Erprobung befindliche Lasersysteme für die Bearbeitung von Zahnhartsubstanzen......Page 426 19.5.1 Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie......Page 431 19.5.2 Parodontologie......Page 432 19.5.4 Endodontologie......Page 433 19.5.6 Kariesprophylaxe......Page 435 19.5.8 Laserschweißen......Page 436 19.6 Ausblick......Page 437 Literatur......Page 439 20.2 Medizinproduktegesetz......Page 442 20.2.2 Grundlegende Anforderungen......Page 443 20.2.3 Risikoklassen......Page 444 20.2.4 Konformit¨atsbewertungsverfahren......Page 445 20.2.5 Betreiberverordnung über aktive Medizinproduke......Page 446 20.3 Technische Normen für medizinische Laser......Page 447 20.3.1 Bezeichungen......Page 449 20.3.3 Die Norm DINEN60825-1......Page 450 20.3.4 Die Vornorm DINV18734 (Medizinisch-Therapeutische Lasergeräte)......Page 451 Literatur......Page 452 Sachverzeichnis......Page 453
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