Scharfe Bilder mit flexiblen Fasern

| Redakteur: Julia Schmidt

Gradientenindexfasern mit einem fast perfekten parabolischen Brechungsindexprofil sind nahezu unempfindlich gegenüber Bewegung oder Verbiegen. Die übertragenen Bildinformationen bleiben erhalten.
Gradientenindexfasern mit einem fast perfekten parabolischen Brechungsindexprofil sind nahezu unempfindlich gegenüber Bewegung oder Verbiegen. Die übertragenen Bildinformationen bleiben erhalten. (Bild: Leibniz-IPHT)

Ein internationales Wissenschaftler-Team hat eine neue Möglichkeit gefunden Bildinformationen nahezu ohne Verzerrung durch multimodale Fasern zu übertragen – selbst wenn sie die Fasern verbiegen.

Endoskope erlauben Medizinern in das Körperinnere von Patienten wie durch ein Schlüsselloch zu blicken. Gewöhnlich werden die Bilder von ein Bündel aus mehreren hundert optischen Fasern übertragen. Sie bedingen den relativ großen Durchmesser der Endoskope, was ihren Einsatz in empfindlichen Körperregionen wie dem Gehirn erschwert.

Ein internationales Team um Wissenschaftler Prof. Tomáš Čižmár am Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) erforscht multimodale optische Fasersonden, die hochaufgelöste Bilder mit nur einer einzelnen haarfeinen Faser liefern. Um zukünftig einzelne Gehirnzellen in einem lebenden Organismus bei ihrer „Arbeit“ beobachten zu können, müssen die Sonden vor allem flexibel sein. Das ist eine Herausforderung, denn beim Verbiegen der Fasern verzerrt das übertragene Bild auf unterschiedliche Weise.

Computer sagen Einfluss der Faserbiegung voraus

Bereits seit einigen Jahren sucht Čižmár nach einer Lösung, um das Problem der Bildübertragung in multimodalen Fasern zu beheben. „Wir haben gezeigt, dass wir mittels Computerberechnungen den Einfluss des Biegens auf die Lichtleitung in der Faser vorhersagen und so die Bilder wiederherstellen können. Das ist ein aufwändiges Verfahren bei dem wir die Deformation der Faser genau kennen müssen“, erklärt Tomáš Čižmár, der seit 2017 die Abteilung Faseroptik am Leibniz-IPHT leitet.

Einen neuen, einfacheren Ansatz fanden die Forscherinnen und Forscher jetzt in Form von Fasern mit besonderen Brechungsindexprofil. „Wir sind auf die Idee gekommen Gradientenindexfasern für die Bildübertragung zu nutzen. Im Unterschied zu herkömmlichen Fasern ändert sich hier die Lichtbrechung über den Faserquerschnitt nicht abrupt, sondern allmählich in Form einer Kurve“, so Čižmár.

Gradientenindexfasern sind weniger störanfällig

Die Wissenschaftler simulierten zunächst mit theoretischen Modellen die Lichtausbreitung in den Fasern. Die Ergebnisse ließen erwarten, dass die Signalübertragung in den Fasern aufgrund des besonderen Brechungsindexprofils unempfindlich gegenüber Verbiegen und Bewegung ist.

„Im Experiment konnten wir unsere Ideen nur teilweise prüfen. Die Gradientenindexfasern sind beim Biegen tatsächlich wesentlich weniger störanfällig als herkömmliche Stufenindexfasern. Dass die übertragenen Bilder dennoch leicht verzerrt sind, führen wir auf das nicht perfekt parabolische Brechungsindexprofil der kommerziellen Fasern zurück“, erklärt Dirk Boonzajer Flaes, Erstautor der Veröffentlichung, die ungewöhnlichen Ergebnisse.

Die Forschungsarbeiten der Wissenschaftler konzentrieren sich nun darauf, Gradientenindexfasern mit verbesserten optischen Eigenschaften herzustellen und sie für die medizinische Bildgebung zu testen.

Den Originalartikel mit dem Titel "Robustness of Light-Transport Processes to Bending Deformations in Graded-Index Multimode Waveguides" publizierten die Wissenschaftler im vielzitierten Fachjournal „Physical Review Letters“.

Forscher entwickeln faseroptische Sensoren, die sich im Körper auflösen.

Forscher entwickeln faseroptische Sensoren, die sich im Körper auflösen.

07.02.18 - Zum ersten Mal haben Forscher Sensorelemente, sogenannte Faser-Bragg-Gitter, in optischen Fasern hergestellt, die sich vollständig im Körper auflösen. Die bioresorbierbaren Faser-Bragg-Gitter könnten zur Überwachung der Heilung von Knochenbrüchen und zur sichereren Erforschung empfindlicher Organe wie des Gehirns eingesetzt werden und ermöglichen so neue Typen von In-Body-Sensoren für biomedizinische Forschung und Behandlungen. lesen

Faserlaser mit einstellbarer Wellenlänge

Faserlaser mit einstellbarer Wellenlänge

23.05.18 - Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien (Leibniz-IPHT) haben ein neues Abstimmkonzept realisiert, das erstmals verschiedene Emissionswellenlängen voneinander unabhängig und zeitlich synchron erzeugt. lesen

Kommentar zu diesem Artikel abgeben

Schreiben Sie uns hier Ihre Meinung ...
(nicht registrierter User)

Zur Wahrung unserer Interessen speichern wir zusätzlich zu den o.g. Informationen die IP-Adresse. Dies dient ausschließlich dem Zweck, dass Sie als Urheber des Kommentars identifiziert werden können. Rechtliche Grundlage ist die Wahrung berechtigter Interessen gem. Art 6 Abs 1 lit. f) DSGVO.
Kommentar abschicken
copyright

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter www.mycontentfactory.de (ID: 45347236 / Medizinelektronik)