2022 – 2023

Masterarbeit

zum Thema:

"Aufbau eines SD-VIS-OCT-Systems"

&

"Entwicklung der Signalerfassungsarchitektur, System-Synchronisation und Datenverarbeitung eines optischen Kohärenztomographiesystems im Spektralbereich des sichtbaren Lichts (SD-VIS-OCT)"

Calvin Kreft & Konstantin Gramatte

Seit jeher sucht der Mensch nach Möglichkeiten zur Aufdeckung und Visualisierung von Strukturen des für uns nicht Sichtbaren in einer uns verborgenen Welt des Winzigkleinen. Besonders die optische Kohärenztomographie (engl.: „optical coherence tomography“, kurz: OCT), profitiert hierbei in jüngster Zeit von zunehmender Beliebtheit unter den Forschern aufgrund des breiten Anwendungsgebiets, der Vorteilhaftigkeit und des erheblichen Zukunftspotentials.

Es handelt sich um ein bildgebendes Verfahren für die Erzeugung von zwei- und dreidimensionalen Aufnahmen von Tiefenprofilen in organischen und nicht-organischen Medien. Die Funktionsweise der OCT wirkt dabei analog zur Ultraschallbildgebung (Sonographie), wenngleich als informationstragendes Medium Licht anstelle von Schall verwendet wird. Aufgrund der hohen axialen Auflösung von etwa 0,5 μm bis 15 μm und einer gleichzeitig relativ hohen Eindringtiefe von 1-3 mm, in Abhängigkeit von der zentralen Wellenlänge sowie der Kohärenzeigenschaften des Lichts, bietet diese Methode vielfältige Anwendungsmöglichkeiten, unter anderem in der Gastroenterologie, Gynäkologie, Pneumologie, Urologie, Kardiologie und Ophthalmologie.
Für den kommerziellen Gebrauch von OCT-Geräten ist, bedingt durch klinisch relevante Quelleneigenschaften, das Nahinfrarot (NIR) der gängigste Arbeitsbereich. Ziel dieser Arbeit war jedoch der OCT-Einzelaufbau im sichtbaren Bereich des Lichtspektrums (engl.: „visible“, kurz: VIS) zur Erzielung höherer Auflösungen. Dabei orientierte sich die Konstruktion an der Realisierung der spektralen OCT (engl.: „Spectral Domain OCT“, kurz: SD-OCT), deren Analysegeschwindigkeit um ein Vielfaches größer ist verglichen mit artverwandten Methoden.
Aktuelle Publikationen erzielten bereits vielversprechende Ergebnisse, sodass mit diesem Projekt die Anknüpfung an jenen Erfolg, durch die Konstruktion eines professionellen VIS-OCT Aufbaus mit anschließenden experimentellen Untersuchen zur qualitativen Einschätzung der Bildgebung, erreicht werden sollte.

Das Endziel dieser Forschungsarbeit war hierbei die hochaufgelöste Tiefendarstellung biologischer Proben. Aufgrund des Umfangs sowie der Komplexität dieses Vorhabens erfolgte eine inhaltliche Teilung der Thematik in zwei separate Abschlussarbeiten.

Die Arbeiten von Calvin Kreft setzten sich im Wesentlichen mit dem Design des optischen Systems sowie dessen Justage auseinander. Aufgrund der zu berücksichtigenden Geräteschutzklasse floss die umfängliche Beschäftigung mit den Maßnahmen zu Vorkehrungen und eingebrachten Mechanismen hinsichtlich des Laserschutzes ebenfalls mit ein. Abschließend folgten Betrachtungen zur Systemquantifizierung, d. h. die Bewertung theoretischer und praktischer Limitierungen.

Der Fokus der Abschlussarbeit von Konstantin Gramatte lag hingegen bei der Akquisition spektroskopischer Daten, der Synchronisation elektronischer Systemkomponenten und der Etablierung einer optimalen Bildverarbeitung zur Ermöglichung der mehrdimensionalen Probendarstellung. Um das komplexe System vollumfänglich softwareseitig anzusteuern, wurde des Weiteren eine intuitive Benutzeroberfläche erstellt.