Die Basis der Optischen Kohärenztomographie

Die optische Kohärenztomographie (OCT) ist eine bildgebende Technik, die mit Licht 2D- und 3D-Bilder bis zu einer Auflösung von einem Mikrometer (µm) erfasst. Es hat viele Anwendungen in der medizinischen Bildgebung und Forschung.

Einführung in die optische Kohärenztomographie

OCT ist eine hochauflösende optische Bildgebungstechnik, die auf der Interferenz zwischen dem Signal des zu untersuchenden Objekts (der Probe) und einem lokalen Referenzsignal basiert. OCT kann ein Querschnittsbild eines Objekts in Echtzeit erzeugen. Für OCT ist die axiale Auflösung des Bildes von der optischen Quelle abhängig, was im Vergleich zu anderen Methoden wie der konfokalen Mikroskopie von Vorteil ist. OCT kann verwendet werden, um sehr hochauflösende Bilder der Netzhaut auch bei optischen Aberrationen und bei Verwendung schmaler Lichtstrahlen zu erhalten.

Es gibt zwei Hauptmethoden von OCT, Time Domain (TD)-OCT und Spectral Domain (SD)-OCT. Beide haben Vor- und Nachteile und sind in ihrem Verfahren unterschiedlich. SD-OCT wird auf zwei Arten durchgeführt: spektrometerbasiert (SB) oder unter Verwendung eines abstimmbaren Lasers oder einer Swept Source (SS).

Verfahren der optischen Kohärenztomographie

Optische Kohärenztomographie im Zeitbereich

Ein TD-OCT-Setup verwendet eine optische Lichtquelle und ein Interferometer. Ein Referenzspiegel und ein optischer Splitter werden verwendet, um einen Referenzstrahl zu erzeugen. Eine Mikroskopie-Schnittstellenoptik wird verwendet, um Licht vom Splitter zum und vom interessierenden Objekt und bis zu einer Verarbeitungseinheit zu transportieren. Die Verarbeitungseinheit führt die Interferenz von Licht zwischen dem Referenzstrahl und dem von dem interessierenden Objekt zurückgegebenen Strahl aus und verarbeitet und analysiert das Interferenzsignal. Die optische Wegdifferenz (OPD) wird erhalten, indem die Länge des Referenzpfades von der Länge des Objektpfades subtrahiert wird. Die OPD kann verwendet werden, um herauszufinden, welche Schichten innerhalb eines Objekts abgebildet werden können.

OCT wurde erfunden, indem ein transversaler Scanner zu einem Interferometer mit geringer Kohärenz hinzugefügt wurde, um den Strahl seitlich über das Objekt zu scannen. Ein Querschnittsbild wird durch benachbarte Scans des Objekts erhalten; Dies wird auch als axiales TD-OCT bezeichnet. Eine andere Methode zur Durchführung von TD-OCT ist die Gesichts-OCT, bei der eindimensionale Reflexionsscans (T-Scans) durchgeführt werden, wobei das Endbild aus vielen T-Scans besteht.

Spektralbereich optische Kohärenztomographie

SD-OCT bezieht sich auf die spektrale Abfrage des Spektrums am Interferometerausgang. Dies kann auf zwei Arten erfolgen. Die erste beinhaltet die Verwendung einer Kombination aus breitbandiger optischer Quelle und der Verarbeitungseinheit, die ein Spektrometer verwendet. Die zweite beinhaltet die Verwendung einer Swept Source (SS) und der Verarbeitungseinheit, die einen Photodetektor verwendet. Dies ist wie das TD-OCT-Verfahren, aber anstatt die OPD zu scannen, werden die Ladungen auf dem Array im Spektrometer in SB-OCT oder durch Einstellen der Frequenz des Lasers in SS-OCT gelesen.

SB-OCT basiert auf der Demodulationsleistung des optischen Spektrums des Low Coherence Interferometers. Das Spektrum weist Spitzen und Täler auf, wobei die Periode der Modulation proportional zur OPD im Interferometer ist. Diese Beziehung bedeutet, je größer die OPD, die größere Anzahl von Peaks im Spektrum. Die zur Abbildung verwendete Kamera benötigt Pixel, die klein genug sind, um die Spitzen und Täler im Spektrum abtasten zu können. In SB-OCT liegen die verwendeten Kameras bei 20-70 kHz.

Bei SS-OCT muss die Laserlinie schmaler sein als der spektrale Abstand zwischen benachbarten Peaks, damit der Photodetektor sie beim Abstimmen des SS erkennen kann. Dadurch kann das photodetektierte Signal die Form des kanalisierten Spektrums annehmen. Diese Methode übersetzt die Periodizität des Spektrums in Peaks unterschiedlicher Frequenz in Bezug auf die OPD, was einen A-Scan ergibt. Der A-Scan wird dann verwendet, um ein Bild zu erzeugen.

Zusammenfassung der optischen Kohärenztomographie

Es gibt verschiedene OCT-Modi, mit denen ein Objekt abgebildet werden kann. Sie haben jeweils Vor- und Nachteile, die bestimmen, welche in einer bestimmten Situation verwendet wird. Diese OCT-Methoden wurden über viele Jahre entwickelt, und es wird weiter geforscht, um die Effizienz zu verbessern. Dadurch können bessere Bilder erzeugt werden, die sowohl für Forscher als auch für die Gesundheitsbranche von großem Nutzen wären.

Weiterführende Literatur

• Alle Inhalte der optischen Kohärenztomographie
• Wann wird die optische Kohärenztomographie eingesetzt?
• Alle Inhalte der Tomographie
• Wann wird die optische Kohärenztomographie eingesetzt?
• Mikro-CT-Anwendungen in der Zahnmedizin

Zitate