Deutsche Übersetzung des Titels: Modellierung der Lichtausbreitung in der Haut und eine Anwendung für die nicht-invasive Diagnostik

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Abstract

Diabetics would greatly benefit from a device capable of providing continuous noninvasive monitoring of their blood glucose levels. At present, diabetics rely on pricking their finger to obtain a blood sample which in turn is placed upon a test strip. Life long finger pricking is often accompanied by chronic infections and pain during the lancets prick. Moreover, to significantly reduce longer-term secondary effects of diabetes such as retinopahy, nephropathy or neuropathy on the one hand and to reduce the risk of unnoticed suffering from hypoglycemia on the other hand a more frequent or even continuous monitoring of blood glucose swings is needed. In the past decade several attempts have been made to measure the glucose content of blood in a more compliant fashion. These endeavors will gain importance in the near future. Already nowadays, diabetes ranges among the top civilization deseases, about 10 of all U.S. citizens are living with this diagnosis, European citizens will make up in the future. Many techniques have been suggested for continuous monitoring of glucose, ranging from implanted electrochemical sensors to noninvasive optical methods. So far none of these methods have proven to be sensitive or specific enough for commercial use. The method proposed in this thesis deals with an effect which is based upon changes of the light scattering coefficient in the upper dermal regions of skin induced by glucose dissolved in the interstitial fluid. We will focus on the identification of this coefficient in vivo. As we want to probe our tissue with decoherent light of a single wavelength in the near infrared regime, the physical process is properly described by the radiative transfer equation. The modeling has to face the task of mapping a special measurement setting as well as spatial and temporal varying skin optical properties to a proper boundary value problem formulation for the radiative transfer equation and an effective

Übersetzung des Abstracts (Deutsch)

Diabetiker würden von einem Gerät, das eine kontinuierliche, nichtinvasive Überwachung ihres Blutzuckerspiegels ermöglichen würde, enorm profitieren. Derzeit stechen Diabetiker in den Finger, um eine Blutprobe zu entnehmen, die wiederum auf einen Teststreifen aufgetragen wird. Das lebenslange Stechen in den Finger geht häufig mit chronischen Infektionen und Schmerzen beim Stechen mit der Lanzette einher. Darüber hinaus ist eine häufigere oder sogar kontinuierliche Überwachung der Blutzuckerschwankungen erforderlich, um einerseits die längerfristigen Nebenwirkungen von Diabetes wie Retinopahie, Nephropathie oder Neuropathie deutlich zu reduzieren und andererseits das Risiko einer unbemerkten Hypoglykämie zu verringern . Im letzten Jahrzehnt wurden mehrere Versuche unternommen, den Glukosegehalt im Blut konformer zu messen. Diese Bestrebungen werden in naher Zukunft an Bedeutung gewinnen. Bereits heute zählt Diabetes zu den häufigsten Zivilisationskrankheiten, etwa 10 aller US-Bürger leben mit dieser Diagnose, europäische Bürger werden dies in Zukunft tun. Für die kontinuierliche Glukoseüberwachung wurden viele Techniken vorgeschlagen, die von implantierten elektrochemischen Sensoren bis hin zu nichtinvasiven optischen Methoden reichen. Bisher hat sich keine dieser Methoden als empfindlich oder spezifisch genug für den kommerziellen Einsatz erwiesen. Die in dieser Arbeit vorgeschlagene Methode befasst sich mit einem Effekt, der auf Änderungen des Lichtstreukoeffizienten in den oberen Hautregionen basiert, die durch in der interstitiellen Flüssigkeit gelöste Glukose hervorgerufen werden. Wir werden uns auf die Identifizierung dieses Koeffizienten in vivo konzentrieren. Da wir unser Gewebe mit dekohärentem Licht einer einzelnen Wellenlänge im nahen Infrarotbereich untersuchen möchten, wird der physikalische Prozess durch die Strahlungsübertragungsgleichung richtig beschrieben. Die Modellierung muss sich der Aufgabe stellen, eine spezielle Messumgebung sowie räumlich und zeitlich variierende optische Eigenschaften der Haut auf eine geeignete Randwertproblemformulierung für die Strahlungsübertragungsgleichung und eine effektive Abbildung abzubilden