Funiktionsweise des THz-Imaging und dessen Einsatzmöglichkeit in der Medizin

Diplomarbeit , 2001 , 97 Seiten , Note: 1,0

Elektrotechnik

In der vorliegenden Arbeit werden mit Hilfe eines Aufbaus zur Erzeugung von THz-Impulsen an verschiedenen Proben zweidimensionale Transmissionsmessungen durchgeführt. Die dabei entstandenen Bilder im Frequenzbereich zwischen 0,1-2 THz werden auf Charakteristika untersucht und die zukünftigen Möglichkeiten des THz-Imaging diskutiert.
Um die verwendeten Proben zu untersuchen, ist zunächst ein System nötig, um die THz-Impulse zu erzeugen. Die physikalischen Einzelheiten werden in dieser Arbeit nicht vertieft, sondern es wird lediglich der Versuchsaufbau kurz erläutert. Die beim THz-Imaging verwendete Hardware wird dabei genauer beschrieben .
Das denierte Verschieben der Probe im THz-Strahlengang, sowie die Aufnahme und Auswertung der aufgenommenen Messwerte wird mit einer speziell für das THz-Imaging in LabView programmierten Software gesteuert. In dieser Arbeit sollen die Bedienung des Programms, sowie deren verschiedene Möglichkeiten der Messung erläutert werden.
Es werden des weiteren Messungen an verschiedensten Proben durchgeführt. Diese beginnen bei Experimenten mit einem F aus Kupferfolie, aufgeklebt auf Papier, um die Software zu testen und die Auösung zweier Messmethoden miteinander zu vergleichen. Eine weitere Messung wird an einem Messergri aus Kunststo durchgeführt, um die Möglichkeiten in der qualitativen Untersuchung von Kunststoen aufzuzeigen. Es werden unter anderen auch Untersuchungen an tierischen, sowie an panzlichen Proben durchgeführt, immer mit dem Hintergrund einer späteren, professionellen Verwendung des THz-Imaging.
Im einem weiteren Teil dieser Arbeit werden die meisten bildgebenden Verfahren in der Medizintechik kurz erläutert und jeweils deren Verwendung, Auösung und Pro und Kontras aufgezählt. Dabei werden auch die möglichen Anwendungen für das THz-Imaging in diesem Bereich diskutiert und mit einigen Beispielen verdeutlicht.
Daran schlieÿt sich eine Diskussion über die mögliche Anwendung des THz-Imaging in der Biologie an. Dabei ist es mit der vorgestellten Art der Messung möglich, zerstörungsfrei und ortsaufgelöst den Wassertransport einer Panze zu dokumentieren. Auÿerdem gibt es eine Anwendung zur Bestimmung der Dichte von Holz, im speziellen von Jahresringen.
Zuletzt sollen die industriellen Möglichkeiten des THz-Imaging zur Qualitätskontrolle jeglicher Art von Plastikteilen und zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts z.B. von Lebensmitteln erläutert werden.

Inhaltsverzeichnis

• Einleitung
• Versuchsaufbau
  • Lasersystem
  • THz-Aufbau
  • Das Braunschweiger THz-Signal
• Datenerfassung und Auswertung
  • Hardware
    • Datenerfassungkarte
    • Verschiebetisch (ODL)
    • x/y-Verschiebeeinheit
  • Software: Dauermessung
  • Software: Fast Scan
    • Intensitätsmessung im Zeitbereich
    • Multi-FFT-Integration
    • Intensitätsmessung im Frequenzbereich
    • time-shift-Messung
    • Flankenmessung
    • Linescan Messung
• Messergebnisse
  • Experimente zum THz-Fokus
  • Erstes Image: Kupfernes F auf Papier
  • Vergleich der Auflösungen
  • Image eines Messergriffs
  • Image eines Kunststeins
  • Image eines dielektrischen THz-Spiegels mit einem Defekt
  • Images von Gelantinekapseln
  • Messungen an tierischen Gewebeproben
    • Image eines Schweinekehlkopfs
    • Image einer adulten Maus
  • Messungen an Pflanzen
    • Wassertransport von Wein
    • Schockreaktion einer Mimose
• Diskussion und Ausblick
  • Bildgebende Verfahren der Medizintechnik und die Aussichten für das THz-Imaging
    • Röntgenuntersuchung
    • Ultraschalluntersuchung (Sonographie)
    • Computertomographie (CT)
    • Magnetresonanz-Tomographie (MRT)
    • Positronen-Emissions-Tomographie (PET)
    • Ortsaufgelöste Fourier-Transformierte-Infrarot-Spektroskopie
    • Aussichten für das THz-Imaging in der Medizintechnik
  • THz-Imaging in der Biologie
  • THz-Imaging zur Qualitätskontrolle
• Literaturverzeichnis

Zielsetzung und Themenschwerpunkte

Die Diplomarbeit befasst sich mit der Erzeugung und Anwendung von THz-Impulsen zur Erstellung von zweidimensionalen Transmissionsbildern. Ziel ist es, die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten und Vor- und Nachteile des THz-Imaging aufzuzeigen und erste Anstöße für eine industrielle Verwendung zu geben. Die Arbeit erläutert den Aufbau des THz-Systems, die Datenerfassung und Auswertung sowie die Durchführung von Messungen an verschiedenen Proben. Die Messergebnisse werden analysiert und die zukünftigen Möglichkeiten des THz-Imaging in der Medizintechnik, Biologie und Qualitätskontrolle diskutiert.

• Erzeugung und Charakterisierung von THz-Impulsen
• Entwicklung und Anwendung von Messmethoden für das THz-Imaging
• Analyse der Transmission von THz-Strahlung durch verschiedene Materialien
• Bewertung des Potenzials von THz-Imaging in verschiedenen Anwendungsgebieten

Zusammenfassung der Kapitel

• Das erste Kapitel liefert eine Einleitung in die Thematik des THz-Imaging und erläutert die Bedeutung dieses Verfahrens für verschiedene Anwendungsgebiete.
• Das zweite Kapitel beschreibt den Aufbau des THz-Systems, das in dieser Arbeit verwendet wurde. Es werden die einzelnen Komponenten des Systems, wie der Femtosekundenlaser, die Antennen und die optischen Elemente, erläutert.
• Das dritte Kapitel befasst sich mit der Datenerfassung und Auswertung der gemessenen THz-Signale. Es werden die Hardwarekomponenten, wie die Datenerfassungskarte, der Verschiebetisch und die x/y-Verschiebeeinheit, sowie die Software zur Steuerung und Auswertung der Messungen vorgestellt.
• Das vierte Kapitel präsentiert die Messergebnisse, die mit dem THz-System an verschiedenen Proben erzielt wurden. Es werden die Ergebnisse der Messungen an einem kupfernen F auf Papier, einem Messergriff, einem Kunststein, einem dielektrischen THz-Spiegel mit einem Defekt, Gelantinekapseln, einem Schweinekehlkopf, einer adulten Maus, einer Weinpflanze und einer Mimose diskutiert.

Schlüsselwörter

Die Schlüsselwörter und Schwerpunktthemen des Textes umfassen THz-Imaging, THz-Spektroskopie, Transmission, Absorption, Reflektion, Bildgebung, Medizintechnik, Biologie, Qualitätskontrolle, Wassertransport, Pflanzen, Mimose, Kunststoffe, Materialien, Frequenzspektrum, Auflösung, Datenerfassung, Auswertung, Software, Hardware. Die Arbeit beleuchtet die Anwendungsmöglichkeiten und das Potenzial von THz-Imaging in verschiedenen Bereichen, insbesondere in der Medizintechnik, Biologie und Qualitätskontrolle. Die Arbeit analysiert die Transmission von THz-Strahlung durch verschiedene Materialien und untersucht die Einflussfaktoren auf die Auflösung und Genauigkeit der Messungen. Sie stellt die Anwendung von THz-Imaging für die Untersuchung von Wassertransport in Pflanzen, die Charakterisierung von Materialien und die Qualitätskontrolle von Produkten dar.

• Hochschule: Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig (Institut für Hochfrequenztechnik)
• Note: 1,0
• Autor: Kay Schmalstieg (Autor:in)
• Erscheinungsjahr: 2001
• Seiten: 97
• Katalognummer: V4594
• ISBN (eBook): 9783638128216
• Sprache: Deutsch
• Schlagworte: THz, Imaging, Wassertransport von Pflanzen, bildgebende Verfahren, Medizintechnik, Jahresringe, Qualitätskontrolle von Kunststoff, Biologie, ultrakurze Laserpulse