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TU Berlin

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Klinische Erprobungen eines Zwei-Photonen-Mikroskops zur Diagnose von Hautkrebs

Betreuer: Dr.-Ing. Wolfram Roßdeutscher

Bearbeiter:
Anne Raber

Die jährlich steigende Inzidenz an Hautkrebserkrankungen in Deutschland und der Welt macht die Erforschung neuer Technologien zur Früherkennung und Diagnose dermaler Tumoren zu einem Hauptthema in der dermatologischen Forschung. Die W.O.M.- WORLD OF MEDICINE AG, Berlin, entwickelt ein Zwei-Photonen-Mikroskop („2PM“) zur Unterstützung der Diagnose von weißem Hautkrebs, das die Möglichkeit bieten soll, nicht-invasiv in vivo und ex vivo Strukturbilder der Haut („Optische Biopsie“) zu erstellen, die der Histopathologe anschließend zu diagnostischen Zwecken beurteilt.
Im Zuge der vorliegenden Arbeit wurde erfolgreich ein Probenhalter entwickelt, der die einwandfreie Lagerung der Frischgewebsbiopsien, während der 2PM Untersuchung gewährleistet. Dazu wurden alle Anforderungen an die mechanischen Schnittstellen zu dem 2PM, den Gewebeschutz und die Handhabung im klinischen Alltag erfasst und im Anschluss konstruktiv umgesetzt. Der Probenhalter wurde auf seine Gebrauchstauglichkeit hin untersucht und bewertet. Durch den erfolgreich entwickelten Probenhalter, wurde erstmals die Möglichkeit geschaffen, frische Biopsien mit Hilfe des Zwei-Photonen-Mikroskops der WORLD OF MEDICINE zu mikroskopieren.
Um histologische Dünnschnitt-Bilder in subzellulärer Auflösung mittels des 2PM-Prinzips zu erzeugen, werden unter anderem höchste Anforderungen an die Optik gestellt. Zur Untersuchung der Rahmenbedingungen des Bildgebungsprozesses in der Klinik, wurde die Strahlung des Fluoreszenz-Anregungslasers, eines Ultrakurpulslasers, der einen polarisierten Grundmode-Strahl (TEM00) liefert, vor dem Eintritt in das 2PM und nach dem Austritt aus diesem charakterisiert. Dazu wurde die Pulsdauer der Laserstrahlung mittels eines Autokorrelators aufgenommen und ausgewertet: Eine Veränderung der Pulsdauer konnte nicht beobachtet werden. Zudem wurde eine M²-Messung durchgeführt, die eine direkte Analyse der Strahlqualität zuließ. Bei der Fokussierung des Strahls konnte ein Astigmatismus beobachtet werden, und nach der Passage durch die Optik wurden deutlich verschlechterte M²-Werte beobachtet. Diese zusätzlich durchgeführten Untersuchungen der Strahlqualität und des Einflusses des optischen Systems auf diese bilden eine wichtige Grundlage zur späteren Verbesserung der Fokussierung des Lasers am 2PM der WORLD OF MEDICINE.


Clinical trials of a two-photon laser-scanning microscope for the diagnosis of skin cancer

The annual increasing worldwide incidence of skin cancer put focus on the search for new technologies in the early detection und diagnosis of dermal tumors. The company W.O.M.-WORLD OF MEDICINE AG, Berlin, Germany, develops a two-photon laser-scanning microscope (“TPM”) for improving the diagnosis of non-melanoma skin cancer. This new TPM will provide non-invasive ex vivo and in vivo structural pictures in cellular resolution (“optical biopsies”) to be evaluated for diagnostic purposes using the histological experience of the histopathologist.
Within the project presented here, a sample holder was successfully developed, which ensures the perfect storage of the fresh tissue biopsies during the two- photon- microscopic examination. For this purpose, all requirements of mechanical fit to the TPM, handling and tissue protection were recorded during clinical routine and subsequently implemented into a mechanical design. The usability of the developed sample holder was examined and evaluated. By the successful developed sample holder, for the first time, the opportunity was opened to examine fresh tissue biopsies using the TPM of WORLD OF MEDICINE.
In order to create histological thin section pictures with subcellular resolution using the TPM principle the highest requirements are to be made concerning the optics used, among others. For the examination of the parameters of the imaging procedure in the hospital the activation radiation of the ultra short pulse laser used were characterized before entering and after leaving the TPM setup, i.e. the beam quality (M² value) and the pulse duration. The pulse duration of the radiation was determined using an autocorrelator device: Changes in pulse duration could not be observed. M² measurement was carried out, which permitted a direct analysis of laser beam quality. The focusing of the laser beam showed astigmatism, and after having passed the optics M²- values of the laser beam were strongly deteriorated. These additional assessments of the laser quality and the influence of the optical system to it provide an important basis for the future improvement of the TPM of WORLD OF MEDICINE.


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