Op­ti­cal co­he­rence to­mo­gra­phy: Ap­p­li­ca­ti­ons ex­pand as tech­no­lo­gy ma­tu­res 21 March 2013, SPIE News­room. DOI: 10.​1117/​2.​3201303.​07

Die op­ti­sche Ko­hä­renz­to­mo­gra­phie (Eng­lisch: Op­ti­cal Co­he­rence To­mo­gra­phie – OCT) ist ein Ver­fah­ren, um Schnitt- oder Vo­lu­men­bil­der von se­mi­t­rans­pa­ren­ten Ob­jek­ten zu auf­zu­neh­men. Auf­grund der Mög­lich­keit, auch in stark streu­en­den Me­di­en, wie z.B. bio­lo­gi­schem Ge­we­be eine sehr hohe Tie­fen­auf­lö­sung zu er­zie­len wird die OCT vor allem als me­di­zi­ni­sches Dia­gno­se-Werk­zeug ein­ge­setzt. Die Auf­lö­sung in der Tiefe (axial) be­trägt dabei ty­pi­scher­wei­se 7 bis 15 µm, hoch­auf­lö­sen­de Sys­te­me er­rei­chen sogar Auf­lö­sun­gen um 1 µm [1], [2]. Die la­te­ra­le Auf­lö­sung ist beu­gungs­be­grenzt liegt dabei je nach ver­wen­de­ter Optik im Be­reich von 15 bis 25 µm. Die Ein­dring­tie­fe ist tech­nisch auf meh­re­re Mil­li­me­ter li­mi­tiert, in stark streu­en­den Me­di­en liegt sie un­ge­fähr bei 1mm. Eine Mes­sung kann ohne Kon­takt zum Ob­jekt durch­ge­führt wer­den, dabei be­schränkt nur die Messtie­fe den Ab­stand zum Ob­jekt. Eine Mes­sung kann dabei in einem Bruch­teil einer Se­kun­de durch­ge­führt wer­den, Schnitt- und Vo­lu­men­bil­der kön­nen somit in Echt­zeit, das heißt mit Vi­de­o­ra­te, dar­ge­stellt wer­den.

Ab­bil­dung 1: OCT Auf­nah­me von mensch­li­cher Haut

Das Mess­prin­zip ist grob ver­gleich­bar mit der Ul­tra­schall-Bild­ge­bung. Beide Ver­fah­ren haben die Re­flek­ti­ons­geo­me­trie ge­mein­sam. Eine wei­te­re Ge­mein­sam­keit ist, dass die Struk­tur in der Probe über eine Lauf­zeit­mes­sung ab­ge­bil­det wird. Die Un­ter­schie­de er­ge­ben sich aus der hohen Licht­ge­schwin­dig­keit, da es keine elek­tri­schen De­tek­to­ren gibt, die Lauf­zeit auf so kur­zen Dis­tan­zen mes­sen könn­ten. Daher wird die Lauf­zeit in­ter­fe­ro­me­trisch als Lauf­zeit­un­ter­schied zwi­schen dem Pro­ben­si­gnal und einem Re­fe­renz­si­gnal er­mit­telt. Um eine hohe Tie­fen­auf­lö­sung zu er­zie­len und den Un­ter­grund von stark ge­streu­tem Licht her­aus­zu­fil­tern wer­den Licht­quel­len mit kur­zer Ko­hä­renz­län­ge ver­wandt. Die op­ti­sche Ko­hä­renz­to­mo­gra­phie wurde An­fang der neun­zi­ger Jahre von meh­re­ren Grup­pen welt­weit aus der kurz ko­hä­ren­ten In­ter­fe­ro­me­trie wei­ter­ent­wi­ckelt [3]. Dabei wur­den diese Ver­fah­ren erst­ma­lig in bio­lo­gi­schem Ge­we­be ein­ge­setzt, um Schnitt­bil­der zu er­zeu­gen. Seit die­ser Zeit wird das Ver­fah­ren be­stän­dig wei­ter­ent­wi­ckelt und es sind auf dem Markt kom­mer­zi­el­le Ge­rä­te für ver­schie­de­ne me­di­zi­ni­sche An­wen­dun­gen er­hält­lich. Die OCT lässt sich grob in zwei Mess­ver­fah­ren un­ter­tei­len. Das ur­sprüng­li­che Ver­fah­ren wird als Time Do­main OCT (TD-OCT) be­zeich­net, wobei sich das zwei­te Ver­fah­ren, die Fre­quen­cy Do­main OCT (FD-OCT) auf­grund der hö­he­ren Mess­ge­schwin­dig­keit und Sen­si­ti­vi­tät ge­gen­über der TD-OCT weit­ge­hend durch­ge­setzt hat [4]. Dabei kann das Spek­trum in der FD OCT so­wohl in einer Auf­nah­me mit einem Spek­tro­me­ter, als auch se­quen­ti­ell mit einem durch­stimm­ba­ren Laser auf­ge­nom­men wer­den. Letz­te­re Me­tho­de wird als Swept Sour­ce OCT be­zeich­net. Die höchs­ten Auf­nah­me­ge­schwin­dig­kei­ten kön­nen mit die­sem Ver­fah­ren er­reicht wer­den [5].

Wie ein­gangs er­wähnt wurde, sind vor allem se­mi­t­rans­pa­ren­te Pro­ben für die OCT ge­eig­net. Hier­bei ist neben der Ei­gen­schaf­ten der Probe selbst vor allem die Wahl der Wel­len­län­ge der Licht­quel­le für die Ein­dring­tie­fe ent­schei­dend. Die OCT ist mitt­ler­wei­le ein Stan­dard­ver­fah­ren in der Oph­thal­mo­lo­gie (Au­gen­heil­kun­de), da der trans­pa­ren­te Glas­kör­per eine Ver­mes­sung der Netz­haut er­laubt. Wei­te­re An­wen­dun­gen der OCT in der bio­me­di­zi­ni­schen Bild­ge­bung, für die be­reits kom­mer­zi­el­le Ge­rä­te ver­füg­bar sind, sind in der in­tra­vasku­lä­ren Bild­ge­bung und in der Der­ma­to­lo­gie zu fin­den. Au­ßer­halb von me­di­zi­ni­schen An­wen­dun­gen wurde der Nut­zen der OCT bei der Ver­mes­sung von Halb­lei­ter-Wa­fern, von trans­pa­ren­ten Kunst­stoff­bau­tei­len und bei der Re­stau­ra­ti­on von Kunst­wer­ken de­mons­triert [6][7]. Eine funk­tio­nel­le Er­wei­te­rung der OCT ist die spek­tro­sko­pi­sche OCT (S-OCT) [8]. Hier­bei wer­den mit­tels Post-Pro­ces­sing Al­go­rith­men tie­fen­auf­ge­lös­te Spek­tren der Probe be­rech­net, die Rück­schlüs­se auf die in der Probe vor­han­de­nen Stof­fe und Par­ti­kel­grö­ßen zu­las­sen. Somit ist es mit die­sem Ver­fah­ren mög­lich, zu­sätz­li­chen Kon­trast durch diese spek­tra­len Merk­ma­le zu er­zeu­gen. Die PTT Grup­pe be­schäf­tig sich hier­bei in Ko­ope­ra­ti­on mit der Grup­pe von Prof. Dr. Hu­bert Welp von der TFH Bo­chum mit der Kom­bi­na­ti­on die­ser Tech­nik mit mo­der­nen Ver­fah­ren der Si­gnal­ver­ar­bei­tung, ins­be­son­de­re von Mus­ter­er­ken­nungs-al­go­rith­men. Diese wer­den ver­wandt, um aus Spek­tren, die durch Sys­tem­feh­ler und Rau­schen stark ver­fälscht wer­den, die Pro­ben-re­le­van­ten In­for­ma­tio­nen zu de­tek­tie­ren [9]. In der Ab­bil­dung ist die OCT-Auf­nah­me eines Phan­toms be­ste­hend aus 4 Trop­fen von einer Dis­per­si­on von Mi­kro­par­ti­keln und Was­ser zu sehen. In jedem der Trop­fen be­fin­det sich eine Größe die­ser Mi­kro­par­ti­kel. Im nor­ma­len OCT-Bild wären die Trop­fen nur schlecht zu un­ter­schei­den, wäh­rend sich durch den zu­sätz­li­chen Kon­trast durch die spek­tra­len Merk­ma­le drei der vier Trop­fen un­ter­schei­den las­sen.