Phasenbasierte Doppler optische Kohärenztomografie (DOCT)

Die optische Kohärenztomografie ist ein relativ junges Bildgebungsverfahren, welches in Analogie zu sonografischen Untersuchungen den Laufzeitunterschied eines Wellenpaketes nach Durchlaufen einer bestimmten Wegstrecke innerhalb der Probe relativ zu einer bekannten Referenzstrecke misst. Die ursprüngliche Form der OCT ist die Time Domain OCT (TD OCT), bei der die Tiefeninformation der Probe aus der Interferenzmodulation von Proben- und Referenzwelle bei Variation der Referenzstrecke gewonnen wird. Eine bedeutende Weiterentwicklung stellt die Fourier Domain OCT (FD OCT) dar, bei der im Gegensatz zur TD OCT das Interferenzsignal spektral und nicht zeitlich analysiert wird. Als Folge daraus ist anstelle von zwei Scans (axial und lateral) nur noch ein lateraler OCT-Scan für die Schnittbilderfassung erforderlich. Die Tiefeninformation wird somit simultan aus dem gesamten Interferenzspektrum gewonnen. Gegenwärtig gewinnt die FD OCT immer mehr an Interesse begründet durch die hohe Aufnahmegeschwindigkeit und das höhere Signal-Rausch-Verhältnis.

Eine Erweiterung der konventionellen OCT wird als Doppler OCT bezeichnet und beschreibt das Verfahren zur Bestimmung von Probengeschwindigkeiten, speziell Blutflussgeschwindigkeiten, mit Hilfe der Phaseninformation des detektierten Interferenzsignals. In der TD OCT wird direkt die Dopplerfrequenzverschiebung der Interferenzmodulation für die Bestimmung der axialen Geschwindigkeitskomponente gemessen. Die einfachste und geläufigste Methode nutzt jedoch das Prinzip der FD OCT und wird als phasenaufgelöste (phase-resolved) Doppler OCT bezeichnet. Dieses Verfahren basiert auf der linearen Beziehung zwischen der Phasenverschiebung sequentiell detektierter Interferenzsignale und der axialen Probengeschwindigkeit. Begründet durch die hohe Phasenstabilität der spektrometer-basierten FD OCT-Systeme (SD OCT) gegenüber der Methode mit durchstimmbarer Lichtquelle (OFDI) wird die Doppler-Flussmessung häufig unter Verwendung eines SD OCT-Systems durchgeführt.

doppler_maus — OCT-Schnittbilder der Morphologie der murinen Arteria und Vena saphena.

Das vorherrschende klassische Doppler-Modell in der SD OCT basiert auf der Annahme, dass die Phasenverschiebung zwischen benachbarten Tiefenscans proportional zur axialen Geschwindigkeitskomponente der Probenbewegung ist. In der Arbeitsgruppe Klinisches Sensoring und Monitoring wurde ein neues theoretisches und experimentell validiertes Modell für die phase-resolved Doppler SD OCT vorgestellt, welches nicht den Einfluss der transversalen Geschwindigkeitskomponente einer schräg bewegten Probe auf die Doppler-Phasenverschiebung ignoriert. Die spezielle Charakteristik der Phasenverschiebung in Abhängigkeit vom eingestellten Doppler-Winkel wird in universell gültigen Konturdiagrammen dargestellt. Grundsätzlich liefert das neue Modell der Doppler SD OCT fundamentale Erkenntnisse für das Planen und Durchführen von Doppler-Experimenten. Darüber hinaus wird ebenfalls eine Grundlage für die genaue Interpretation der Doppler-Phasenverschiebung und damit der physiologischen Blutflussprofile geschaffen.