Optische Kohärenztomographie im Aufwind

  • 25. August 2009

Neue Anwendungen der Tomographie mit Licht stehen vor der Marktreife.

Seit ihrer Erfindung 1991 am MIT hat sich die optische Kohärenztomographie (OCT) zu einem leistungsstarken und zugleich schonenden Bildgebungsverfahren entwickelt, das in der Medizin und der Biophotonik zum Einsatz kommt. Man bezeichnet die OCT oft als das optische Gegenstück zur Röntgen- und zur Kernspintomographie. Derzeit werden weltweit 200 Mio. $ mit OCT-Geräten umgesetzt, bei einer jährlichen Wachstumsrate von 34 %. Das Journal of Biophotonics widmet der OCT und ihren vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten jetzt ein Themenheft.

Die optische Kohärenztomographie kann von lebendem Gewebe nichtinvasiv dreidimensionale Bilder mit einer Auflösung im Bereich von einigen Mikrometern machen. Dazu wird Licht mit einer Kohärenzlänge von einigen Mikrometern in einen Probenstrahl und einen Referenzstrahl aufgespalten. Der Probenstrahl dringt in das abzubildende Objekt ein und wird dort vor allem gestreut, aber zu einem kleinen Teil auch kohärent von Strukturen im Probeninneren reflektiert. Der Referenzstrahl durchläuft hingegen eine variable Strecke, auf der er von einem parallel zum Strahl verschiebbaren Spiegel reflektiert wird. Anschließend werden die beiden reflektierten Strahlen in einem Interferometer zur Interferenz gebracht.

Bild: Holmes

Abb.:  "Multi-beam OCT"-Mikroskop zur Untersuchung einer Biopsie-Probe
(Bild: J. Holmes)

Nur solche Anteile der beiden Strahlen können kohärent interferieren, deren durchlaufene Wege sich höchstens um die Kohärenzlänge des Lichtes unterscheiden. Verschiebt man den Spiegel kontinuierlich, so werden anhand des Interferenzsignals nach und nach die Strukturen im Probeninneren sichtbar, die in Strahlrichtung jeweils innerhalb einer Kohärenzlänge liegen. So kann das Probeninnere longitudinal mit Mikrometerauflösung sichtbar gemacht werden. Durch transversale Ablenkung des Probenstrahls gewinnt man schließlich ein dreidimensionales Bild der Probe. Durch die frequenzaufgelöste Fourier-OCT sind auch tomographische Videoaufnahmen möglich geworden.

Ihre erste und nach wie vor wichtigste Anwendung hat die OCT in der Ophthalmologie gefunden, wo sie vor allem zur Untersuchung der Augennetzhaut eingesetzt wird. Aber auch in anderen Bereich wie der Krebsuntersuchung verschiedener Organe, der Untersuchung von Blutgefäßen und Zähnen oder der Überwachung des Blutzuckers kann die OCT genutzt werden. Doch wie Jon Holmes von der Michelson Diagnostics Ltd in seinem Übersichtsartikel schreibt, haben bisher nur wenige kommerzielle OCT-Produkte, außer den in der Ophthalmologie eingesetzten, einen Weg in die Klinik gefunden.

Indes hat die Zahl der im nichtophthalmologischen OCT-Bereich tätigen Firmen und der angemeldeten Patente in den letzten Jahren zugenommen. Dabei hat die kommerzielle Patentaktivität die akademische inzwischen überflügelt. Dennoch sieht Holmes ein Manko bei der angewandten Forschung. Noch immer werde die Forschung überwiegend von Physikern und Ingenieuren betrieben, so dass die Entwicklung bisher vor allem von der Technologie angeschoben und noch nicht genug vom Markt gezogen werde. Die erfolgreichsten Entwicklerteams würden hingegen mit Partnern aus der klinischen Forschung zusammenarbeiten. Holmes ist dennoch optimistisch und sieht für die kommenden Jahre ein schnelles Wachstum für die Anwendungen und den Markt der OCT-Produkte voraus.

RAINER SCHARF

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Weitere Literatur

KP

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