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Development of a Non-Contact Fluorescence Tomography System with Appropriate Reconstruction Techniques

Schulz, Ralf B.

German Title: Entwicklung eines berührungsfrei arbeitenden Fluoreszenztomographiesystems mit angepassten Rekonstruktionsalgorithmen

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Abstract

Molecular Imaging is a highly topical research field based on the combination of highly selective markers and appropriate imaging devices. It is mainly concerned with studying the effects of prototype drugs in small animals, following day by day the evolution of the disease in vivo. Amongst the imaging techniques available, fluorescence based imaging is very popular due to the simplicity of the experimental systems and the widespread availability of suitable probes. As however light is heavily scattered in tissue, fluorescence images depend heavily on the inclusion depth so that different images cannot be compared. Fluorescence mediated tomography (FMT) as presented herein is hoped to overcome these shortcomings by providing a quantitative means of estimating fluorochrome concentrations in vivo. Usually, FMT-systems rely on detector readings obtained through light guiding fibers mounted in contact to the imaged animals. Recently, non-contact methods have been proposed, allowing CCD-camera images to be used as projection data. Herein, a study is presented comparing fiber-based and non-contact imaging methods and reliable indicates for the first time the superiority of non-contact techniques. Based on these findings, a novel non-contact tomography system for small animals was developed. In phantoms as well as in an animal study the capabilities of the system to reconstruct fluorescent sources in turbid media are demonstrated.

Translation of abstract (German)

Molekulare Bildgebung ist ein aktuelles Forschungsgebiet, das auf der Kombination hochspezifischer Kontrastmittel mit passenden Bildgebungstechniken beruht. Sie beschäftigt sich hauptsächlich mit der Erprobung neuartiger Pharmazeutika an kleinen Tieren und ermöglicht die tägliche Beobachtung des Therapiefortschritts am lebenden Tier. Unter den verfügbaren Bildgebungsmodalitäten erfreuen sich fluoreszenzbasierte Techniken großer Beliebtheit, da zugehörige Experimente einfach durchzuführen und zahlreiche Kontrastmittel für den experimentellen Einsatz verfügbar sind. Da Licht im biologischen Gewebe stark gestreut wird, sind aufgenommene Bilder der Fluoreszenz jedoch stark von deren Gewebetiefe abhängig, so dass Bilder nicht untereinander verglichen werden können. Die fluoreszenzbasierte Tomographie (FMT) verspricht diesen Nachteil zu beheben, da sie als quantitative Bildgebungstechnik die Konzentrationsbestimmung von Fluorochromen in vivo erlaubt. Üblicherweise verwenden FMT-Geräte Lichtleiter als Detektoren, die am zu bildgebenden Tier befestigt werden. Neuerdings wurden jedoch berührungsfreie Methoden entwickelt, bei denen von einer CCD-Kamera aufgenommene Bilder als Projektionsdaten verwendet werden. Eine hierin präsentierte Studie zum Vergleich von lichtleiterbasierter und berührungsfreier Bildgebung zeigt zum ersten Mal zuverlässig die überlegenen Eigenschaften der berührungsfreien Technik. Auf diesen Erkenntnissen aufbauend wurde ein neuartiges, berührungsfrei arbeitendes Tomographiesystem für kleine Tiere entwickelt. An Phantomen wie auch anhand einer Tierstudie werden die Fähigkeiten des Gerätes zur Rekonstruktion fluoreszierender Quellen in diffusen Medien gezeigt.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Semmler, Prof. Dr. Wolfhard
Date of thesis defense: 20 July 2006
Date Deposited: 27 Jul 2006 11:31
Date: 2006
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Dekanat der Fakultät für Physik und Astronomie
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Optische Tomographie, Fluoreszenz, Molekulare Diagnostik, Diffuse Streuung, Heidelberg / Deutsches Krebsforschungszentrum
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