Laser-induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) as a diagnostics tool for biological tissue analysis

In this thesis, the emerging analytical technique laser‐induced breakdown spectroscopy(LIBS) is investigated as a diagnostic tool for biological tissues analysis. The two main objectives of the work are using LIBS to provide tissue type feedback information during laser surgery and to use LIBS as an imaging modality by mapping the distribution of elements in tissues. The viability of LIBS for the direct measurement of elements in biological tissue and indirect measurement of molecules has been presented. The applicability of LIBS for real‐time tissue classification to use it as a feedback control mechanism of clinical laser surgery systems has been demonstrated. High classification accuracy of different tissues has been achieved. The results of measuring the distribution of elements in tissues shows that LIBS can be a powerful imaging modality for medical applications that seek to understand the chemical microenvironment of tissues. This has been demonstrated by mapping the different distribution of certain elements between cancerous and healthy tissues. In dieser Arbeit wird die aufkommende Analysetechnik der Laser‐induced Breakdown‐Spectroscopy (LIBS) als Diagnoseinstrument für die Analyse biologischer Gewebe untersucht. Die beiden Hauptziele der Arbeit sind die Verwendung von LIBS zur Bereitstellung von Informationen über den Gewebetyp während laserchirurgischer Eingriffe und die Verwendung von LIBS als bildgebendes Verfahren durch Kartierung der Verteilung von Elementen in Geweben. Die Machbarkeit von LIBS für die direkte Messung von Elementen in biologischem Gewebe und die indirekte Messung von Molekülen wurde vorgestellt. Die Anwendbarkeit von LIBS für die Echtzeit‐Gewebeklassifizierung zur Verwendung als Feedback‐Kontrollmechanismus für klinische Laserchirurgiesysteme wurde nachgewiesen. Es wurde eine hohe Klassifizierungsgenauigkeit für verschiedene Gewebe erreicht. Die Ergebnisse der Messung der Verteilung von Elementen in Geweben zeigen, dass LIBS ein leistungsfähiges bildgebendes Verfahren für medizinische Anwendungen sein kann, die die Zielsetzung haben, die chemische Mikroumgebung von Geweben verstehen zu wollen. Dies wurde durch die Kartierung der unterschiedlichen Verteilung bestimmter Elemente zwischen krebsartigem und gesundem Gewebe nachgewiesen.