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Optische Kohärenztomographie 100mal schneller als je zuvor

Die jüngsten Arbeiten von Wolfgang Wieser aus der Emmy Noether-Nachwuchsgruppe um Robert Huber am Lehrstuhl für BioMolekulare Optik wurden von der Optical Society of America (OSA) als Highlight Artikel im „Spotlight on Optics“ vorgestellt.

München, 23.07.2010

Die jüngsten Arbeiten von Wolfgang Wieser aus der Emmy Noether Nachwuchsgruppe um Robert Huber am Lehrstuhl für BioMolekulare Optik wurden von der Optical Society of America (OSA) als Highlight Artikel im „Spotlight on Optics“ vorgestellt.

Im OSA Spotlight werden monatlich einige herausragende Artikel ausgewählt, um die Qualität und Breite in der Optik-Forschung darzustellen.

In der Publikation „Multi-Megahertz OCT … “ wird über einen neuartigen Aufbau berichtet, mit dem in der Optischen Kohärenztomographie (engl. Optical Coherence Tomography, OCT) bis zu 20 Millionen volle Tiefenabtastungen pro Sekunde möglich werden. Dies entspricht einer Steigerung der Abbildungsgeschwindigkeit im Vergleich zu den schnellsten bisherigen Systemen um etwa einen Faktor 100. Bisher wurde bezweifelt, ob eine solche Steigerung der Abbildungsgeschwindigkeit möglich ist und vor allem ob dabei durch die Begrenzung aufgrund Schrotrauschens eine ausreichende Bildqualität erzielbar ist.

Die OCT selbst stellt ein vergleichsweise junges Verfahren der biomedizinischen Bildgebung in streuenden Medien dar. In der OCT wird, analog der Bildgebung mit akustischen Signalen in der Ultraschall-Technologie, die Laufzeit eines gestreuten optischen Signals gemessen, um die Streuintensität in verschiedenen Schichttiefen zu registrieren. Mit einer sukzessiven transversalen Abtastung ist es möglich, aus der gemessenen Streuintensität ein zweidimensionales Schnittbild zu erzeugen, ähnlich einer histologischen Schnittbildaufnahme. Im Gegensatz zur Histologie ist die OCT jedoch ein kontaktfreies, nicht-invasives Verfahren und wird daher oft als „optische Biopsie“ bezeichnet. Die Anwendungsbereiche der OCT decken viele Gebiete der biomedizinischen Bildgebung ab. Bekanntestes Beispiel ist der Einsatz in der Ophthalmologie, wo OCT-Geräte zur Netzhautuntersuchung bereits Einzug in die klinische Routine finden. Darüber hinaus erlauben ultrahochauflösende OCT-Geräte Untersuchungen an entwicklungsbiologisch relevanten Proben mit sub-zellularer Auflösung. Die Entwicklung spezieller optischer Katheter für OCT erweiterte das Einsatzfeld darüber hinaus unter anderem auf Untersuchungen in den Bereichen der Gastroenterologie und der intravaskulären Bildgebung. Die OCT wird derzeit als eine der zukunftsträchtigsten Technologien in der biomedizinischen Optik gesehen. Die geringe Belastung des Untersuchungsobjekts sowie die hohe Ortsauflösung und Geschwindigkeit ohne ionisierende Strahlung lassen dieses Verfahren sehr vielversprechend für weitere Anwendungen erscheinen.

Die schnellsten derzeitigen kommerziellen Systeme erzielen etwa 50kHz Linienrate, die schnellsten bisher in Forschungslabors entwickelten etwa 350kHz. Ein zentraler Schlüsselpunkt zur erreichten Steigerung der Geschwindigkeit auf 20MHz Linienrate ist der Einsatz von Fourier Domain Moden-gekoppelten (FDML) Lasern, die in der AG Huber an der Fakultät Physik erforscht werden. Die erzielte Steigerung der Geschwindigkeit könnte in Zukunft völlig neue Untersuchungsprotokolle in klinischen Anwendungen erlauben.

Publikation:
Multi-Megahertz OCT: High quality 3D imaging at 20 million A-scans and 4.5 GVoxels per second
Published in Optics Express, Vol. 18 Issue 14, pp.14685-14704 (2010) by Wolfgang Wieser, Benjamin R. Biedermann, Thomas Klein, Christoph M. Eigenwillig, and Robert Huber

Ansprechpartner:
Dr. Robert Huber
Lehrstuhl für BioMolekulare Optik, Fakultät für Physik, LMU München
Tel.: 089 / 2180 – 9235
E-Mail: Robert.Huber@LMU.DE