Holographische optische Kohärenztomographie (OCT) zur funktionalen Retinabildgebung

• Antragsteller: Professor Dr. Gereon Hüttmann
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 392443200

Holography erlaubt es Phase und Amplitude eines Lichtwellenfeldes aufzunehmen und auszuwerten. Holographische optische Kohärenztomographie (OCT) bietet darüberhinaus eine tiefenaufgelöste Messung von Phase und Amplitude in streuenden Volumen. Die Phase ermöglicht eine rein numerische Kompensation von Defokussierung und anderen Abbildungsfehlern sowie hochpräzise interferometrische Messungen von Veränderungen innerhalb der streuenden Strukturen. Full-Field Swept-Source OCT nutzt Hochgeschwindigkeitskameras, um die OCT-Bildgebung zu parallelisieren und phasenrichtige Volumenaufnahmen der Netzhaut im Menschen zu realisieren. Lokale und globale Bewegungen begrenzen die Genauigkeit mit den Veränderungen der Phase bestimmt werden können. In der ersten Förderperiode konnte durch Bewegungskorrektur und neue Algorithmen die Auswertung der Phase entscheidend verbessert werden. Es gelang über mehr als 8 Sekunden eine Darstellung von morphologischen Veränderungen in den Außensegmenten der Photorezeptorzellen und in der inneren plexifomen Schicht nach optischer Stimulation. Erstmalig wurde im Menschen der funktionelle Zusammenhang von Photorezeptoren mit den Ganglionzellen in der innersten neuronalen Schicht bildgebend dargestellt. Durch die Kombination der holografischen OCT mit Dopplermessungen gelang es simultan arteriellen Blutfluss und durch Pulsation induzierte mechanische Veränderungen der Gefäße und des umgebenden Netzhautgewebes in Bildfeldern von 5 mm x 14 mm mit einer Zeitauflösung von mehr als 180 Hz zu messen. Im zweiten Förderzeitraum sollen diese Untersuchungen mit erhöhter Auflösung und verbessertem Kontrast durch Unterdrückung des mehrfach gestreuten Lichtes, welches die Bildgebung speziell unterhalb des retinalen Pigmentepithels stark beeinträchtigt, fortgesetzt werden. Die Funktion einzelner Gruppen von neuronalen Zellen soll selektiv dargestellt werden; eine Einzelzelldarstellung soll durch Verbesserung der Aberrationskorrektur und Mittelung über Minuten ermöglicht werden. Ziel ist eine umfassende funktionelle Bildgebung aller neuronalen Schichten von den Photorezeptoren bis zu den Ganglionzellen. Zur Bestimmung biomechanischer Parameter der Retina sollen Deformationen durch die pulsierenden Gefäße mit dem lokalen Blutfluss korreliert werden. Perspektiven eines zellspezifischen oder metabolischen Kontrastes durch spontane lokale Bewegung von Zellen oder Zellorganellen werden untersucht. Holografische OCT bietet einmalige Möglichkeiten für eine phasenempfindliche Bildgebung in-vivo. Das Forschungsprojekt legt die Basis für eine umfassende funktionelle Retinabildgebung, welche ein besseres Verständnis physiologischer Vorgänge ermöglicht und der klinischen Diagnostik neue Wege weisen kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen