Dermatopharmakologische Untersuchungen und Diagnostik kutaner Karzinome mittels hochauflösender optischer Kohärenztomographie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Projekt „Dermatopharmakologische Untersuchung und Diagnostik kutaner Karzinome mittels hochauflösender optischer Kohärenztomographie“ hatte die Charakterisierung und Validierung der hochauflösenden optischen Kohärenztomographie in der Dermatologie zur Diagnostik epithelialer Tumore zum Ziel. Dazu wurde die hochauflösende OCT im klinischen Umfeld entwickelt, eingesetzt und deren Tauglichkeit für die nicht-invasive Diagnose von Präkanzerosen und Karzinomen, Tumorrandbestimmungen, in vivo Diagnostik am Patienten sowie Verlaufskontrolle in der Tumortherapie evaluiert. Zunächst wurde ein hochauflösendes Fourier-Domain OCT-System auf Basis einer neuartigen Laser-Weißlichtquelle entwickelt. Das faserbasierte System gewährt eine klinische Bildgebung im 1300 nm-Wellenlängenbereich mit axialen Auflösungen <5µm. Im ersten Projektabschnitt wurde dieses System eingesetzt, um erstmals hochauflösende in vivo Bildgebung für die klinische Diagnostik in der Dermatologie zu ermöglichen. In einem weiteren Schritt wurde während der Laufzeit des Fortsetzungsantrages das System durch ein zweites Spektrometer im 800 nm Wellenlängenbereich ergänzt. Der optische Aufbau gestattet dabei den synchronen Betrieb mit hohen axialen Auflösungen von 3 µm im Wellenlängenbereich um 830 nm sowie eine Auflösung von 4 µm im 1220 nm Wellenlängenbereich. Erstmals konnte die spektrale 2-Farb-OCT implementiert werden, die neue Kontrastierungsmöglichkeiten für die klinische Bildgebung liefert. Morphologische Strukturen werden durch eine Speckle-Reduktion durch „Frequency Compounding“ kontrastreicher dargestellt. Die differentielle Intensitätsinformation beider Spektralbereiche gestattet die Gewinnung von deutlichem spektroskopischen Kontrast. Die Systeme wurden durch die Charakterisierung von Vollhaut- und Plattenepithelkarzinomäquivalenten validiert und histologischen korreliert. Die gewonnen Erkenntnisse konnten mit Exzidaten humaner Proben abgeglichen und überprüft werden. Es wurden morphologische und spektroskopische Eigenschaften epithelialer Tumore ex vivo und in vivo erarbeitet. Erstmals konnten Tumorcharakteristika von Melanomen, wie Melanomzellnester und atypische Zellen mittels hochauflösender OCT detektiert werden. Als wesentlicher Beitrag über den Stand der Forschung hinaus konnte gezeigt werden, dass epidermale, dermale und tumorspezifische Strukturen durch die HA-OCT sowohl durch morphologischen Kontrast als auch durch spektroskopische Information differenzierbar sind. In den Randbereichen konnte die horizontale Tumorausdehnung bei SCCs, BCCs, aktinischen Keratosen und Morbus Bowen anhand der erarbeiteten Kriterien reproduzierbar erkannt und vom Tumorbegleitinfiltrat unterschieden werden. Die Abgrenzung zur gutartigen Talgdrüsenhyperplasie ist anhand der korrellierenden morphologischen und spektroskopischen Kriterien möglich. Zur Detektion der vertikalen Ausdehnung kann die OCT jedoch nur bei Präkanzerosen oder initial invasiven Tumoren zum Einsatz kommen. Die Lücke zwischen den vorhandenen nicht-invasiven Therapieverfahren zur bisher fehlenden nicht-invasiven Diagnostik konnte durch eine erfolgreich durchgeführte Verlaufsstudie topischer Tumoreradikation in vivo geschlossen werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- "High-resolution optical coherence tomography as a non-destructive monitoring tool for the engineering of skin equivalents," Skin Res. Technol. 12, 261-267 (2006)
F. Spöler, M. Först, Y. Marquardt, D. Hoeller, H. Kurz, H. Merk, and F. Abuzahra
- "Non-destructive vital histological depiction of malignant melanoma by high resolution optical coherence tomography," 37th Meeting of the European Society for Dermatological Research (2007)
D. Höller-Obrigkeit, F. Spöler, M. Först, H. Merk, C. Beckmann, and F. Abuzahra
- "Simultaneous dual-band ultrahigh resolution optical coherence tomography," Optics Express 15, 10832-10841 (2007)
F. Spöler, S. Kray, P. Grychtol, B. Hermes, J. Bornemann, M. Först, and H. Kurz
- "Imaging of actinic porokeratosis by optical coherence tomography (OCT)," Hautarzt 59, 877-879 (2008)
V. von Felbert, M. Neis, M. Megahed, and F. Spöler
- "Supercontinuum Based Ultrahigh Resolution Fourier Domain Optical Coherence Tomography for in vivo Dermatology," in OSA Technical Digest (CD), Biomedical Optics, BMD90 (2008)
S. Kray, F. Spöler, M. Först, and H. Kurz
- "Visualization of the Basement Membrane Zone of the Bladder by Optical Coherence Tomography: Feasibility of Noninvasive Evaluation of Tumor Invasion," Urology 72,677-681 (2008)
B. Hermes, F. Spöler, A. Naami, J. Bornemann, M. Först, J. Grosse, G. Jakse, and R. Knuchel
- "High resolution simultaneous dual-band spectral domain optical coherence tomography," in Proceedings of SPIE-OSA Biomedical Optics, P. and Bouma Anderson, ed. Optical Coherence Tomography and Coherence Techniques IV 7372, 7372 (2009)
S. Kray, F. Spöler, M. Först, and H. Kurz
- "High-resolution simultaneous dual-band spectral domain optical coherence tomography," Optics Letters 34, 1970-1972 (2009)
S. Kray, F. Spöler, M. Först, and H. Kurz
- "Pilot study: optical coherence tomography as a non-invasive diagnostic perspective for real time visualisation of onychomycosis," Mycoses 53, 334-339 (2010)
F. Abuzahra, F. Spöler, M. Först, R. Brans, S. Erdmann, H. F. Merk, and D. H. Obrigkeit
