Robotische, endoskopische und dynamische Megahertz-Optische Kohärenztomographie und deren Anwendungen in Klinik und Forschung

Abstract

Die Optische Kohärenztomographie (OCT, engl. optical coherence tomography) hat sich als leistungsstarke Technik zur dreidimensionalen Visualisierung von Gewebestrukturen etabliert. Forschungsergebnisse zeigen das enorme Potenzial dieser Technologie zwischen gesundem und pathologischem Gewebe zu unterscheiden. Im Gegensatz zur Biopsie ist OCT nicht-invasiv und liefert sofortige diagnostische Ergebnisse. Dennoch stoßen handelsübliche OCT-Systeme aufgrund langsamer Scangeschwindigkeiten und kleiner Bildfelder im klinischen Alltag an ihre Grenzen. Die MHz-OCT, eine Weiterentwicklung mit Linienraten im Megahertz-Bereich, überwindet diese Einschränkungen und ermöglicht ultraschnelle 3D-Bildgebung in Echtzeit. Um die hohe Geschwindigkeit der MHz-OCT gezielt nutzbar zu machen, wurden im Rahmen dieser Arbeit drei neuartige Systeme entwickelt und ihre Anwendungen in spezifischen medizinischen und wissenschaftlichen Bereichen erforscht: 1. Robotische MHz-OCT: Eine robotergestützte Plattform wurde für die automatisierte Bildgebung großer Bereiche entwickelt. Mit zwei verschiedenen Robotersystemen wird eine präzise Abtastung ganzer Hautareale in vivo demonstriert sowie die Eignung als automatisiertes Hochdurchsatz-Messgerät für innovative ex vivo Forschungsansätze in der Dermatologie. 2. Endoskopische MHz-OCT: Ein 4D-Echtzeit-OCT-Endoskop wurde konzipiert, das die Lumen-Topografie abbildet und mikroskopische Einblicke in die Gewebemorphologie liefert. Kolorektale Bildgebungsexperimente an Körperspendern zeigen die mögliche Anwendung zur Früherkennung gastrointestinaler Läsionen und der Beurteilung tiefer Gewebeschichten. 3. Dynamische MHz-OCT: Zur Analyse physiologischer und metabolischer Prozesse wurde die MHz-OCT um ein Verfahren zur dynamischen Bildgebung erweitert. Diese Technologie bietet durch zusätzlichen funktionellen Kontrast detaillierte Einblicke in zelluläre Strukturen, ähnlich der Histologie, und deren Funktion. Die Methodik wird an ex vivo Gewebe demonstriert. Diese Ansätze zeigen das Potenzial der MHz-OCT, diagnostische Verfahren nicht nur zu ergänzen, sondern auch neue Anwendungsfelder in der medizinischen Bildgebung zu erschließen. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung, Validierung und Anwendung dieser Methoden sowie deren Beitrag zur Integration der MHz-OCT in die klinische Praxis.