Fachbereich 05 - Medizinische Fakultät
Institut für Experimentelle Audiologie
Labor für Biophysik

Endoskopische Form- und Verformungserfassung

Bei der minimal invasiven Diagnostik in der Medizin, in verschiedenen Phasen des Produktentstehungsprozesses, während des Gebrauchs eines Produkts sowie im Rahmen von Kontroll- und Bearbeitungsprozessen fallen Inspektionsaufgaben an, die auf die Untersuchung schwer zugänglicher Hohlräume zielen. Untersuchungsziele können dabei der aktuelle Zustand des Hohlraumes (z. B. die Form und Mikrostruktur der Bewandungen) oder die Verfolgung bzw. Sichtbarmachung von Zustandsänderungen unter konkreten Einflüssen (z. B. die Veränderung der Oberflächenstruktur der Bewandung infolge einer Interaktion mit umgebenden Medien) sein. In den zurückliegenden Jahren sind eine Reihe von optischen Verfahren entwickelt worden, die auf der angepassten Beleuchtung des Objektes und der Analyse der objekt- bzw. veränderungsspezifischen Intensitätsverteilungen beruhen. Messziel dieser Methoden ist die berührungslose und zerstörungsfreie hochgenaue Rekonstruktion von 3D-Geometrie- und Verformungdaten an Objekten mit weitgehend beliebiger Oberflächenbeschaffenheit. Die Verfahren werden jedoch aktuell an relativ einfachen, wenngleich in ihrer Allgemeinheit freigeformten Oberflächengeometrien und leicht zugänglichen Hohlräumen wie z. B. Bohrungen praktiziert. Probleme treten immer dann auf, wenn Hohlräume, Hinterschneidungen und innere Oberflächen vorliegen, deren Vermessung jedoch zwingend für die Gesamtbeschreibung des Objektes erforderlich ist. Gerade hier liegt ein großes Interesse seitens der Industrie vor. Entsprechendes Forschungspotential soll daher aus einer zielgerichteten Zusammenarbeit zwischen auf diesem Gebiet erfahrenen Forschungsinstitutionen und mit der Problematik konfrontierten Industriepartnern erwachsen. Eine Technik, die eine dynamische berührungs- und zerstörungsfreie endoskopische Form-, Bewegungs- und Deformationsanalyse erlaubt, ist die dynamische Electronic-Speckle-Pattern Interferometry (ESPI). Hauptziel dieses Forschungsvorhabens am Labor für Biophysik sind daher grundlegende Untersuchungen zur Methodik und Integration der dynamischen ESPI in das Gesamtskonzept eines endoskopischen Systems, welches sowohl die 3D-Formerfassung als auch die quantitative Bestimmung von Bewegungen und Verformungen erlaubt. Dabei werden insbesondere die bei medizinischen Messproblemen vorliegenden besonderen Anforderungen aufgrund der Umgebungs- und Messbedingungen und eine flexible Auslegung des Messkopfes berücksichtigt. Entsprechendes gilt auch für den Bereich industrieller Anwendungen der Endoskopie für Mikrostrukturvermessungen in technischen Hohlräumen. Die Durchführung des Projektes erfolgt im Rahmen des BMBF Verbundvorhabens "MicroEnd" im Förderschwerpunkt "Mikrosystemtechnik".

Drittmittelgeber:

Industrieförderung, Bundesministerium für Bildung und Forschung 16SV1226

Beteiligte Wissenschaftler:

Prof. (Acad. Sci. UA) G. von Bally (Projektleiter), Dr. B. Kemper, Dr. D. Dirksen, Dipl. Phys. S. Knoche, Dipl. Phys. J. Kandulla, Ass. S. Herting, Dr. Ing. K. Irion (Fa. Storz, Tuttlingen), Prof. Dr. med. h.c. W. Domschke (Medizinische Klinik und Poliklinik - Innere Medizin B), Dr. med. D. Domagk(Medizinische Klinik und Poliklinik - Innere Medizin B), Dr. med. W. Avenhaus (Medizinische Klinik und Poliklinik - Innere Medizin B), Prof. Dr. med. H.H. Scheld (Klinik für Thorax-, Herz- und Gefäßchirurgie), Priv. Doz. Dr. M. Deiwick (Klinik für Thorax-, Herz- und Gefäßchirurgie), Prof. Dr. N. Senninger (Klinik und Poliklinik für Allgemeine Chirurgie), Dr. med. D.Tübergen (Klinik und Poliklinik für Allgemeine Chirurgie)

Veröffentlichungen:

Kemper, B.; Dirksen, D.; Kandulla, J.; G. von Bally: Quantitative determination of out-of-plane displacements by endoscopic electronic-speckle-pattern interferometry (ESPI), Opt. Commun. 194, 75 - 82, 2001

Kemper, B.; Kandulla, J.; Knoche, S.; Dirksen, D.; G. von Bally: Endoscopic electronic-speckle-pattern interferometry - application to non-destructive quality control in industry and medicine, Proc. SPIE Vol. 4398 168 - 175, 2001

Kemper, B.; Knoche, S.; Kandulla, J.; Dirksen, D.; Wernicke, G.; G. von Bally: Spatial phase shifting (SPS) endoscopic electronic-speckle-pattern interferometry - optimization and application on technical and biological specimen. Proceedings of the 4th International Workshop on Automatic Processing of Fringe Patterns (Fringe 2001), Elsevier, Paris, 619-626, 2001

Kemper, B.; Knoche, S.; Kandulla, J.; G. von Bally: Compact endoscopic electronic-speckle-pattern interferometer for analysis of displacements and movements in technical and biological cavities. VDI-Berichte Nr. 1694 55-60, 2002

Knoche, S.; Kemper, B.; Kandulla, J.; Avenhaus, W.; G. von Bally: Investigations on automated fringe analysis in endoscopic electronic speckle pattern interferometry and applications on biological objects. Series on Optics Within Life Sciences (OWLS VII), Springer, Heidelberg (in press)