Dynamische mikroskopische Optische Kohärenztomografie

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschreibt ein Verfahren zur kontrastreichen Bildgebung von zellulären und subzellulären Strukturen mittels mikroskopischer Optischer Kohärenztomografie (OCT). Die auch als dynamischer OCT Kontrast bezeichnete Methode basiert auf der Detektion von Bewegungen zellulärer und subzellulärer Strukturen und einer anschließenden Auswertung. Im Theorieteil werden die biologischen und physikalischen Grundlagen als auch die OCT beschrieben. Die physikalischen und mathematischen Grundlagen der für den dynamischen OCT Kontrast wichtigen Schritte werden in den darauffolgenden Kapitel genauer untersucht. Zuerst werden Ergebnisse mit einem mikroskopischen OCT Aufbau bei einer A Scan Rate von 248 kHz vorgestellt. Hierbei konnte anhand von Volumen und B Scan Aufnahmen von frischen ex vivo Gewebeproben eine Bildgebung mit dynamischen OCT Kontrast mittels scannender Spectral-Domain OCT demonstriert werden. Zur Evaluation der Ergebnisse wurden diese mit einem Full Field Time Domain OCT Aufbau verglichen. Die Abhängigkeit der axialen Auflösung durch Anpassung der Hann Fensterung bei der Rekonstruktion auf den dynamischen OCT Kontrast wurde untersucht. Zudem erfolgt eine Betrachtung des Kontrast Rausch Verhältnisses in Abhängigkeit zur Aufnahmezeit. Es konnte gezeigt werden, dass bereits eine Aufnahmezeit von 100 ms ausreichend ist, um zelluläre und subzelluläre Strukturen mittels dynamischen OCT Kontrast zu visualisieren. In Zeitserien mit dynamischen OCT Kontrast konnten Immunzellen in der Bewegung beobachtet werden, die mit herkömmlicher OCT-Bildgebung nicht hätten visualisiert werden können. Um die Bildgebungsgeschwindigkeit zu erhöhen, wurde eine Zeilenkamera mit einer Auslesegeschwindigkeit von 600 kHz für den mOCT Aufbau eingesetzt. Hierfür wurde eine angepasste OCT Software zur Online-Darstellung von B Scans und eine Auswertungssoftware geschrieben. Anhand einer technischen Charakterisierung wurde die Zeilenkamera mit 248 kHz Ausleserate mit der 600 kHz Zeilenkamera verglichen. Die Vorteile einer schnelleren Bildgebung wurden durch die Darstellung dynamischer 4 dimensionaler Transportvorgänge in ex vivo Trachea gezeigt als auch an dynamischen OCT Aufnahmen von unfixierten ex vivo Proben. Dynamische OCT erweitert die OCT durch die bisher nicht erreichte kontrastreiche Darstellung von Zellen und subzellulären Strukturen und stellt damit eine wichtige Applikation für hochauflösende OCT dar.