Cuvillier, E Entwicklung eines optoakustischen Verfahrens zur Bestimmung der optischen Eigenschaften von menschlicher Haut in vivo mittels eines probabilistischen

Die Entwicklung einer zuverlässigen Methode zur Bestimmung der optischen Eigenschaften von menschlicher Haut in vivo im ultravioletten Wellenlängenbereich ist Thema dieser Arbeit. Diese neue Methode ermöglicht es, die Lichtverteilung von UV-Strahlung in menschlicher Haut genauer zu charakterisieren und damit einen besseren Zugang zu den in ihr stattfindenden UV-Reaktionsmechanismen zu erlangen. Mit der Optoakustik ist es möglich, mit sehr geringen Anregungsenergien wellenlängen- und tiefenaufgelöste optische Eigenschaften in vivo zu bestimmen. Dafür wird ein kurzer Laserpuls auf die Haut appliziert, der dort ein Druckprofil induziert, das die Lichtverteilung im bestrahlten Volumen widerspiegelt und als Ultraschalltransiente an der Hautoberfläche detektiert werden kann. Die Optoakustik ermöglicht somit nicht-invasive Messungen mit einer deutlich reduzierter UV-Belastung für die Probanden im Vergleich zu konventionellen, rein optischen Methoden. Es wird ein Messsystem präsentiert, das den experimentellen Anforderungen für wellenlängenaufgelöste Studien in vivo gerecht wird. Es erlaubt dabei die Induzierung und Detektion von optoakustischen Transienten mit minimalen UV-Dosen. Die mit dem entwickelten System aufgenommenen, hochdynamischen Messsignale haben aufgrund der geringen Anregungsenergie ein sehr kleines Signal-zu-Rausch-Verhältnis und sind zudem mit Störungen überlagert, sodass deren Auswertung mit grossen Unsicherheiten behaftet ist. Aus diesem Grund wird die Bestimmung der Absorptionskoeffizienten durch einen neuen Ansatz über einen Vergleich von simulierten Transienten mit Messungen durchgeführt. Zudem ist es für die zuverlässige Bestimmung der Absorptionskoeffizienten notwendig, die gerade genannten Unsicherheiten explizit zu modellieren. Im neuen Analyseverfahren ist dies erstmalig durch einen probabilistischen Ansatz realisiert. Für die Auswertung der Messsignale wird eine Simulation optoakustischer Transienten aufgestellt, die deren Induzierung, Ausbreitu