Zur Hauptnavigation wechseln Zur Suche wechseln Zum Hauptinhalt wechseln

Flow-controlled air-jet for in vivo quasi steady-state and dynamic elastography with MHz optical coherence tomography

Nicolas Detrez, Sazgar Burhan, Katarina Rewerts, Jessica Kren, Steffen Buschschlüter, Dirk Theisen-Kunde, Matteo Mario Bonsanto, Robert Huber, Ralf Brinkmann

Abstract

Objective: Optical coherence elastography (OCE) has been introduced for several medical applications to determine tissue mechanical parameters. However, in order to measure sensitive healthy tissue like brain in vivo, the excitation force needs to be carefully controlled and as low as possible (under 100 μN). Preferably, the excitation should be applied in a non-contact manner. Methods: In this work, an air-jet excitation source for this specific purpose has been developed and characterized. The design focus was set on the exact measurement and control of the generated excitation force to better comply with in vivo medical safety requirements during surgery. Results: Therefore, an excitation force control and measurement system based on the applied gas flow was developed. Conclusion: This system can generate short, high dynamic air-puffs lasting fewer than 5 ms, as well as quasi-static excitation forces lasting 700 ms. The force range covers 1μN to 40 mN with a force error margin between 0.1% and 16% in the relevant range. The excitation source, in conjunction with a 3.2 MHz optical coherence system, enables phase-based, dynamic, and quasi steady-state elastography, as well as robust non-contact classical indentation measurements. Significance: The presented system is a preliminary prototype intended for further development into a clinical version to be used in situ during brain tumor surgery.
OriginalspracheEnglisch
Aufsatznummer3
ZeitschriftIEEE Transactions on Biomedical Engineering
Jahrgang72
Ausgabenummer3
Seiten (von - bis)1008-1020
Seitenumfang13
ISSN0018-9294
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2025

Fördermittel

Manuscript received 07 May 2024; revised 21 August 2024; accepted 09 October 2024. Date of publication DD MM YYY; date of current version 18 October 2024. This project was funded by the Federal Ministry of Education and Research (BMBF grant nos. 13N14665, 13N14664, 13N14663, 13N14661 and 13GW0227C), the German Research Foundation (EXC 2167-390884018) and the state of Schleswig-Holstein, Germany (Excellence Chair Program by the Universities of Kiel and L\u00FCbeck).

TrägerTrägernummer
Schleswig-Holstein
Bundesministerium für Bildung und Forschung13N14663, 13N14664, 13N14665, 13GW0227C, 13N14661
Deutsche ForschungsgemeinschaftEXC 2167-390884018

    UN SDGs

    Dieser Output leistet einen Beitrag zu folgendem(n) Ziel(en) für nachhaltige Entwicklung

    1. SDG 3 – Gesundheit und Wohlergehen
      SDG 3 – Gesundheit und Wohlergehen
    2. SDG 9 – Industrie, Innovation und Infrastruktur
      SDG 9 – Industrie, Innovation und Infrastruktur

    Strategische Forschungsbereiche und Zentren

    • Forschungsschwerpunkt: Biomedizintechnik

    DFG-Fachsystematik

    • 2.22-32 Medizinische Physik, Biomedizinische Technik

    Fingerprint

    Untersuchen Sie die Forschungsthemen von „Flow-controlled air-jet for in vivo quasi steady-state and dynamic elastography with MHz optical coherence tomography“. Zusammen bilden sie einen einzigartigen Fingerprint.
    • EXC 2167: Präzisionsmedizin für Chronische Entzündungserkrankungen (PMI)

      Schreiber, S. (Sprecher*in), Baines, J. F. (Beteiligte*r Wissenschaftler*in), Bosch, T. C. G. (Beteiligte*r Wissenschaftler*in), Buyx, A. (Beteiligte*r Wissenschaftler*in), Franke, A. (Beteiligte*r Wissenschaftler*in), Huber, R. (Beteiligte*r Wissenschaftler*in), Klein, C. (Beteiligte*r Wissenschaftler*in), Köhl, J. (Beteiligte*r Wissenschaftler*in), König, I. R. (Beteiligte*r Wissenschaftler*in), Lange, C. (Beteiligte*r Wissenschaftler*in), Laudes, M. (Beteiligte*r Wissenschaftler*in), Lieb, W. (Beteiligte*r Wissenschaftler*in), Ludwig, R. (Beteiligte*r Wissenschaftler*in), Nebel, A. (Beteiligte*r Wissenschaftler*in), Niemann, S. (Sprecher*in), Rabe, K. F. (Beteiligte*r Wissenschaftler*in), Riemekasten, G. (Sprecher*in), Rose-John, S. (Beteiligte*r Wissenschaftler*in), Rosenstiel, P. C. (Beteiligte*r Wissenschaftler*in), Schulenburg, H. (Beteiligte*r Wissenschaftler*in), Schwarz, K. (Beteiligte*r Wissenschaftler*in), Traulsen, A. (Beteiligte*r Wissenschaftler*in), Weidinger, S. (Beteiligte*r Wissenschaftler*in) & Zillikens, D. (Beteiligte*r Wissenschaftler*in)

      01.01.1931.12.32

      Projekt: DFG VerbundprojekteExzellenzcluster

    Zitieren