Schnelle phasenbasierte 3D optische Kohärenztomographie

Die optische Kohärenz-Tomographie (engl.: OCT) ist eine neue, nichtinvasive Technik zur Gewinnung optischer Schnittbilder von transparenten und semi-transparenten Strukturen mit einer Auflösung von ca. 10 microm. Die normale OCT beruht auf der Messung der rückgestreuten Lichtintensität. Wie aus der Mikroskopie bekannt ist, ist der Bildkontrast bei vielen Geweben schlecht, wenn nur die Lichtintensität zur Bildgewinnung benutzt wird. Optische Kontrastierungsmethoden wie Polarisations- und Phasenkontrast können jedoch zur Verbesserung sowie zur Erzeugung neuer Arten von Bildkontrast verwendet werden. Unter den verschiedenen Varianten von polarisationsempfindlicher (PS) OCT und Phasenkontrast (DPC) OCT sind jene am vielversprechendsten, die auf einer direkten Phasenmessung beruhen: phasenbasierte PS-OCT kann gleichzeitig die Verteilung von Reflektivität, Doppelbrechung und Achsenorientierung in einer Probe abbilden; DPC-OCT wurde kürzlich erstmals zur Abbildung von Zellschichten verwendet. Gegenwärtige phasenbasierte OCT-Techniken sind jedoch langsam: die Aufzeichnung eines Schnittbildes dauert ca. 1-60 sec, zu langsam um 3D Bilder in vivo in menschlichem Gewebe aufzuzeichnen, oder dynamische Prozesse zu verfolgen. Im vorliegenden Projekt sollen neue, wesentlich schnellere phasenbasierte OCT-Systeme entwickelt werden. Eine Kombination von transversaler Probenabtastung, Akustooptik und LockIn Detektion soll die Geschwindigkeit solcher OCT Systeme um ein bis zwei Größenordnungen steigern. Das Ziel ist eine Messzeit von ~ 1 sec für einen 3D Datensatz. Im ersten Teil des Projektes sollen die Geräte entwickelt werden (in zwei Schritten). Im Weiteren sollen die Geräteeigenschaften und -grenzen erforscht und optimiert werden. Anschließend sollen die Geräte in ausgewählten medizinischen Bereichen sowie in der Materialanalyse verwendet werden. Im medizinischen Bereich soll der Schwerpunkt auf dem Gebiet der Corneadiagnostik liegen. Vorläufige Arbeiten haben gezeigt, dass gewisse Corneaerkrankungen die Doppelbrechung der Cornea erheblich verändern. PS-OCT sollte daher für eine Früherkennung und Therapiekontrolle in diesem Bereich besonders geeignet sein, sobald eine kurze Messzeit gewährleistet ist. Andere mögliche medizinische Anwendungsgebiete umfassen z.B.: Glaukomdiagnostik, KariesDiagnose, sowie Anwendungen der DPC-OCT zur Abbildung von Zellschichten durch streuende Medien. Erste Anwendungen der PS-OCT im Bereich der Materialwissenschaften haben gezeigt, dass die Verteilung von Spannungszuständen in streuenden Kunststoffteilen abgebildet werden kann. In diesem Bereich soll die schnelle PS-OCT zur Visualisierung von dynamischen Prozessen bei Verformungsexperimenten verwendet werden. Die Ergebnisse könnten zur Verbesserung der Fabrikationsprozesse von Kunststoffteilen verwendet werden.