Pump-Probe-Elastographie

Krebs ist die zweit häufigste Todesursache in Deutschland. Seine frühzeitige Detektion ist wichtig für eine erfolgreiche Behandlung. Die Detektion und Charakterisierung der Tumore kann unter anderem anhand ihrer mechanischen Eigenschaften erfolgen. Die Pump-Probe-Elastographie (PPE) ist eine neue und vielversprechende Methode um die mechanischen Eigenschaften von Gewebe durch optische Anregung und Detektion der dadurch entstehenden akustischen Wellen zu charakterisieren. In dieser Arbeit wurde ein PPE-Mikroskop aufgebaut und anschließend untersucht, wie die Wellenfronten möglichst deutlich sichtbar werden und welchen Einfluss die Pulsenergie auf die erzeugten Wellen hat. Dies geschah anhand zweier Proben – Wasser und Glas. Beide sind transparent und bieten daher auch die Möglichkeit der Messung im Volumen. Wasser unterscheidet sich zudem von Glas, da es kompressibel ist und somit die Entstehung von Stoßwellen erlaubt. In Glas wiederum können nicht nur Longitudinalwellen, sondern auch Transversalwellen und Rayleigh-Wellen entstehen. Als Ergebnis dieser Arbeit wird gezeigt, dass die Messergebnisse in Wasser abhängig von der Pulsenergie sind, denn die entstehenden Stoßwellen breiten sich mit Überschallgeschwindigkeit aus, was bei zukünftigen Messungen mit Zellgewebe zu beachten ist. In Glas hat die Pulsenergie zwar keinen Einfluss auf die Wellengeschwindigkeit, jedoch werden die Messungen mit zunehmender Energie deutlicher. Auch ist bei Messungen im Volumen nur die Longitudinalwelle zu sehen. Misst man jedoch auf der Glasoberfläche, so entsteht auch eine Druckwelle in der Luft, welche wiederum abhängig von der Pulsenergie ist. Zusätzlich ist in einigen Messungen eine weitere Welle zu erkennen, welche unabhängig von der Pulsenergie ist und sich im Glas, oder auf dessen Oberfläche ausbreitet.Cancer is the second most frequent cause of death in Germany. Its early detection is important for successful treatment. The detection and characterization of tumors can be based on their mechanical properties. The PPE is a new and promising method to characterize the mechanical properties of tissue by optical stimulation and detection of the resulting acoustic waves. In this thesis, a PPE microscope was set up. Subsequently, it was investigated how the wave fronts become visible as clearly as possible and how the pulse energy influences the generated waves. This was done with two samples – water and glass. Both are transparent and therefore offer the possibility to measure in their volumes. Water also differs from glass because it is compressible and allows the development of shock waves. In glass, not only longitudinal waves but also transverse and Rayleigh waves can be generated. As a result of this thesis it is shown that the measured results in water depend on the pulse energy.The resulting shock waves propagate at supersonic speed, which has to be considered for future measurements with cell tissues. The pulse energy has no influence on the wave velocity in glass, but the measurements become clearer with increasing energy. When measuring inside the volume, only the longitudinal wave is visible. However, if the excitation of the waves takes place on the glass surface, a pressure wave is also generated in the air, which in turn depends on the pulse energy. In addition, some measurements show another wave, which is independent of the pulse energy and propagates inside glass or on its surface