In this dissertation, methods for the calibration of optical coherence tomography
(OCT) systems and for the simulation of optoacoustic signals are presented.
The key question here is whether a multimodal system consisting of OCT and
optoacoustics is suitable for noninvasive, preoperative thickness determination
of skin lesions suspected of melanoma and what conditions, if any, must be
met for this purpose. Given the current state of the art, such a modality for
melanoma diagnosis would be very enriching for dermatology.
In addition to the definition of malignant melanoma, the most common
diagnostic procedures in dermatology will be explained. The current approach
to melanoma diagnostics shows that there is a lot of potential for improvement
in order to be able to make diagnoses preoperatively in the future and to prevent
unnecessary surgical interventions.
The project in which this work was developed is briefly presented. It also
discusses the physical principles needed to simulate and calibrate the multimodal
system. The methods presented in chapters 6 and 7 for calibrating the OCT
and for simulating the optoacoustic signals then build on these fundamentals.
The general setup of OCT systems as well as of two specific OCT devices is
explained. The methods then presented for geometric calibration and refractive
index correction are essential for the thickness determination of structures in
OCT images.
In chapter 7 different methods are presented which are suitable for the
simulation of optoacoustic signals. On the one hand, the solution of the direct
problem, i.e. the creation of optoacoustic signals, is shown as well as the solution
of the indirect problem, in which conclusions can be drawn about the initial
pressure profile if optoacoustic signals are available. Furthermore, optoacoustic
signals of simulated melanomas are generated and evaluated, which is also
important for answering the key question.
The results of this dissertation are discussed in detail at the end and an
outlook is given on how the work on the multimodal system will continue.
In der vorliegenden Dissertation werden Methoden zur Kalibrierung von
Optischen Kohärenztomographie (OCT)-Systemen und zur Simulation von
Optoakustiksignalen präsentiert. Die Kernfrage hierbei ist, ob ein multimodales
System aus OCT und Optoakustik für eine nichtinvasive, präoperative Dickenbestimmung
von melanomverdächtigen Hautläsionen geeignet ist und welche
Bedingungen hierfür gegebenenfalls erfüllt werden müssen. Beim derzeitigen
Stand der Technik wäre solch eine Modalität für die Melanomdiagnostik sehr
bereichernd f ¨ ur die Dermatologie.
Neben der Definition eines malignen Melanoms werden die geläufigsten diagnostischen
Verfahren in der Dermatologie erläutert. Das momentane Vorgehen
bei der Melanomdiagnostik zeigt, dass hier sehr viel Potenzial für Verbesserungen
ist, um zukünftig Diagnosen präoperativ vornehmen und unnötige
operative Eingriffe verhindern zu können.
Es wird kurz das Projekt vorgestellt, in dem diese Arbeit entstanden ist.
Außerdem werden die physikalischen Grundlagen erörtert, die für die Simulation
und Kalibrierung des multimodalen Systems benötigt werden. Auf diesen
Grundlagen bauen dann die in Kapitel 6 und 7 vorgestellten Methoden zur
Kalibrierung des OCT sowie zur Simulation der optoakustischen Signale auf.
Es wird der allgemeine Aufbau von OCT-Systemen sowie von zwei speziellen
OCT-Geräten erklärt. Die dann vorgestellten Methoden zur geometrischen
Kalibrierung und zur Brechungsindexkorrektur sind unerlässlich für eine Dickenbestimmung
von Strukturen in OCT-Bildern.
In Kapitel 7 werden verschiedene Verfahren vorgestellt, die sich zur Simulation
von optoakustischen Signalen eignen. Hier wird zum einen die Lösung
des direkten Problems, also das Erzeugen von Optoakustiksignalen gezeigt
sowie die Lösung des indirekten Problems, bei der Rückschluss auf das initiale
Druckprofil geschlossen werden kann, wenn Optoakustiksignale vorliegen.
Weiterhin werden Optoakustiksignale von simulierten Melanomen erzeugt und
ausgewertet, was ebenfalls wichtig für die Beantwortung der Kernfrage ist.
Die Ergebnisse dieser Dissertation werden zum Schluss ausführlich erörtert
und es wird ein Ausblick darauf gegeben, wie die Arbeit am multimodalen
System weitergeht.
