Ultraschall-Wellenführung von Licht tief in streuende Medien

• Antragsteller: Professor Dr. Martin Hofmann; Professor Dr.-Ing. Georg Schmitz
• Fachliche Zuordnung: Kommunikationstechnik und -netze, Hochfrequenztechnik und photonische Systeme, Signalverarbeitung und maschinelles Lernen für die Informationstechnik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 499150341

Generell wären optische Technologien sehr attraktiv für biomedizinische Anwendungen wie Bildgebung und Behandlung. Dagegen steht die massive Lichtstreuung im Gewebe,, die ein effektives Eindringen von Licht tiefer als einige Millimeter verhindert und damit das Einsatzpotential von Licht für biomedizinische Anwendungen massive einschränkt. Daher werden Ansätze zur Unterdrückung oder Umgehung der Streuung intensiv erforscht. Unter diesen erscheint die Verwendung von Ultraschall zur Veränderung der Lichtausbreitung über den akustooptischen Effekt besonders vielversprechend. Daher ist das Ziel dieses Projektes, systematisch zu evaluieren, wie Ultraschall-Wellenleitung die Propagation von Licht tief in streuendes Gewebe unterstützen und damit optische und photoakustische Bildgebung mit größerer Eindringtiefe ermöglichen kann. Basierend auf unseren Vorarbeiten entwickeln wir numerische Modelle für die Ultraschall – und Lichtausbreitung in streuenden Medien und für die Ultraschall-induzierte Wellenführung. Mit diesen Modellen entwerfen wir optimale Einstellungen für experimentelle Konfigurationen. Diese Konfigurationen werden dann implementiert und systematisch anhand von streuenden Phantomen und Lösungen experimentell analysiert. Schließlich kombinieren wir den optimierten Ansatz mit photoakustischer Bildgebung und entwickeln Konzepte für photoakustische Bildgebung mit größerer Eindringtiefe durch Ultraschall-induzierte Wellenführung. Zusammengefasst haben wir zwei zentrale Ziele: 1. Ein umfassendes Verständnis der physikalischen Effekte, die der Ultraschall-induzierten Wellenleitung in streuenden Medien unterliegen, 2. Demonstration einer erhöhten Eindringtiefe durch Ultraschall-induzierte Wellenleitung in photoakustischer Bildgebung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen