Willkommen zurück zu Medizintechnik 2 und heute sind wir auch schon beim letzten Video

unserer Vorlesung angelangt. Heute wollen wir uns die optische Kohärenz-Tomographie

angucken. Nun, die optische Kohärenz-Tomographie ist auch eine bildgebende Modalität, die auf

einem ganz ähnlichen Verfahren fußt, wie auch schon der Ultraschall, nur dass wir hier

letzten Endes Ultraschall mit Licht durchführen und wir bekommen hier auch ähnliche Bilder,

wie wir es schon vom Ultraschall gesehen haben, nur eben mit einer sehr, sehr hohen Auflösung,

weil wir eben auch sehr kurze Wellenlängen haben. Hier ein Querschnitt durchs Auge,

in dem wir die unterschiedlichen Schichten der Retina auflösen können und wir sehen

schon dieser kleine Balken, der hier eingezeichnet ist, der gibt 250 Mikrometer an. Was wir sehen,

ist, dass quasi in y-Richtung 250 Mikrometer sehr, sehr lang sind, während in x-Richtung

250 Mikrometer relativ kurz sind. Also hohe Auflösung entlang der Strahlrichtung wegen

der sehr kurzen Wellenlängen und weniger hohe Auflösung senkrecht dazu, was hier natürlich

wieder durch den Aufbau des entsprechenden Sensors bedingt ist. Ja, wir haben hier optische

Kohärenz-Tomographie, OCT, nicht-invasiv, Mikrometer-Auflösung und die Hauptanwendung,

wie wir es hier gerade schon sehen, ist die Augenheilkunde und die Augenbildgebung. Dieses

Konzept wurde entdeckt bei verschiedenen Gruppen parallel und zwar von Fercher, Tannow und Huang

und es gibt dazu drei größere Publikationen hier eben von diesen drei Gruppen, die fast

alle gleichzeitig erschienen sind und die Publikation, die natürlich den größten Impact

generiert hat, ist hier die von Huang, die im Fachmagazin Science erschienen ist. Das Ganze

war 1991, seitdem haben wir zehnmal bessere Auflösung, tausendmal schnellere Aufnahmegeschwindigkeit

und das Ganze natürlich gleichzeitig. Die Vorteile der OCT sind, es ist eine rein optische

Methode, wir haben keinerlei ionisierende Strahlung, also wir können das sicher einsetzen,

wir können In-Situ-Bildgebung machen, also direkt Mikrostrukturen im Gewebe angucken,

ohne dass wir irgendwie das Ganze wie für die Mikroskopie herausschneiden müssen,

also direkt im Körper, das fast dieselbe Auflösung hat wie zum Beispiel Histologie. Wir kriegen

sogar mit besonderen OCT-Verfahren, können wir sogar einzelne Zellen in der Retina auflösen.

Es gelingt momentan nur einigen Forschungsgruppen, es gibt ein paar andere Verfahren, die das sogar

noch besser können, aber wir kommen mit OCT in die Größenordnung von einzelnen Zellen hinein.

Ja, das Ganze ist live und wir können unter die Oberfläche schauen und damit die verschiedenen

Schichten der Retina auflösen und das ist natürlich ganz wichtig, um die Morphologie

des Auges zu begreifen. Hier mal so ein bisschen der Vergleich zwischen Ultraschall und OCT. Wir

haben also deutlich kleinere Bildpunkte und wir haben auch deutlich geringere Eindringungstiefen,

das ist beim Ultraschall natürlich besser, aber dafür haben wir viel höhere Auflösungen in OCT.

Wie sieht es aus mit den Arbeitsweisen von OCT? Naja, wir sehen uns das Ganze erst mal auf einer

abstrakten Ebene an und dann schauen wir uns noch mal das Licht als Welle an, gucken uns den

Inferenzeffekt an und führen dann Stück für Stück zur OCT Bildgebung über. Nun, wie sieht es aus?

Wir verwenden Licht als Strahl, um Informationen über Gewebe zu erhalten. Wir haben diesen Strahl,

den wir in das Gewebe fokussieren, benutzen dazu niedrig kohärentes Licht, um entsprechende

Struktur- und Reflektionsstärke entlang des Strahls zu messen und es erlaubt uns, je nach dem

wie wir es gehen, von 2D bis zu 3D Bildern tatsächlich aus 1D Profilen hier zusammenzubauen.

Gehen wir noch mal zurück zum Licht als Welle. Wir wissen Licht-Welle und hier sehen wir uns

tatsächlich sichtbares Licht an, das quasi in der Größenordnung von 4 x 10 x 14 Hz liegt,

bei rotem Licht und damit kommen wir quasi ungefähr auf Wellenlängen von 700 Nanometern.

Wir wissen, dass wir quasi dieses Licht jetzt haben, das sich entlang dieser Welle ausbreitet.

Wir können es charakterisieren, letzten Endes Kosinussschwingungen, in der wir eine Phase und

eine Amplitude haben und wir können quasi entlang der initialen Phase dann über die Ausbreitung sehen,

wie sich diese Welle eben langsam verschieben würde. Wichtig dabei ist, dass diese Messung

letzten Endes vom Ort und von der Zeit abhängt. Also die Welle ist zeitveränderlich und ortsveränderlich.

In diesem Beispiel hier können wir sehen, wie sich das Licht eben langsam verändert über die

Zeit und wie unsere Welle sich eben immer weiter verändert, von Zeit und Ort abhängig. Nun,