2024 – 2025

Masterarbeit

zum Thema:

„Entwicklung eines multimodalen Systems auf Basis der optischen Kohärenztomographie und Autofluoreszenzbildgebung“

Annegret Umann

Ein Bild kann zeigen, wo sich eine Läsion befindet; ihre chemische Zusammensetzung gibt Aufschluss über die Ursache. Die diagnostische Bildgebung macht die schnellsten Fortschritte, wenn Anatomie und Biochemie gemeinsam erfasst werden – schnell, schonend und präzise.

In dieser Arbeit wurde ein multimodales Mikroskop entwickelt, das optische Kohärenztomographie (OCT), spektral aufgelöste Autofluoreszenz (AF)-Bildgebung und co-registriertes Hellfeld integriert. Die Begründung war einfach: OCT lieferte eine markierungsfreie, tiefenaufgelöste Morphologie mit einer Auflösung im Mikrometerbereich und einer geringen Photodosis, während AF endogene biochemische und metabolische Signaturen durch Anregung nativer Fluorophore und Aufzeichnung ihrer Emissionsspektren lieferte. Für sich genommen weist jede Modalität Lücken auf; kombiniert in einem einzigen Strahlengang liefern sie jedoch eine ausgerichtete 3D-Struktur und räumlich aufgelöste Spektren, mit denen sich Gewebezustände besser unterscheiden lassen.

Die Arbeit verfolgte drei konkrete Ziele: (i) Sie legte die Systemanforderungen und Wellenlängenbereiche fest und realisierte dann ein robustes OCT-AF-Instrument unter Verwendung eines Laserscanning-Mikroskops als Probenarm; (ii) sie implementierte synchronisierte Erfassungs- und Verarbeitungs-Pipelines für OCT-Volumina und AF-Spektren/Bilder; und (iii) sie charakterisierte quantitativ die Auflösung, das Sichtfeld, die Empfindlichkeit, die Volumenrate und die Photodosis und demonstrierte die Leistungsfähigkeit an biologischen Proben. Die Tischarchitektur legte den Schwerpunkt auf ein vergleichsweise großes Sichtfeld und schnelles Prototyping und ergänzte damit die in der Literatur beschriebenen katheter- und handgeführten multimodalen Systeme. Ein weiteres Ziel war es, eine Plattform für vorbereitende und vergleichende Experimente innerhalb von OptoCarDi bereitzustellen, einem Projekt, das einen multimodalen Katheter für die minimalinvasive Beurteilung von Myokarditis entwickelt.

Durch die Kombination von tiefenaufgelöster Morphometrie mit endogenem Spektralkontrast sollte das System die Unterscheidung zwischen pathologischem und gesundem Gewebe, z. B. frühen entzündlichen oder neoplastischen Veränderungen, verbessern und dabei berührungslos und gewebeschonend bleiben. Über die unmittelbaren Anwendungsfälle hinaus ermöglichte das offene, modulare Design die Anpassung an verschiedene Proben und zukünftige Erweiterungen (z. B. Lebensdauer- oder Raman-Kanäle) und ermöglichte so interdisziplinäre Studien, die das Aussehen von Geweben mit der Funktion von Zellen in Verbindung bringen.