Schicht für Schicht - Erkenntnis: Ratgeber zur Qualitätssicherung in der 3D-OCT Diagnostik

Von Olaf Meiendresch

"Schicht für Schicht - Erkenntnis" behandelt das Thema der optischen Kohärenztomografie, basierend auf dem 3D-Spektraldomain OCT- Verfahren, bezüglich Technologie, Anwendung und Diagnostik in der modernen Augenheilkunde. Nicht zu technisch und nicht zu medizinisch, sondern praxisnah für den Alltag. Mit Tipps und Erläuterungen zum richtigen Lesen der OCT-Scans, soll dieser kleine Ratgeber, gerichtet an Fachärzte, medizinisches Fachpersonal und jeden, den diese Technologie interessiert, leicht verständlich zur allgemeinen Qualitätssicherung in der OCT-Diagnostik in Praxis und Klinik beitragen und dabei helfen, den täglichen Umgang mit OCT-Systemen zu erleichtern.

• Sprache: Deutsch
• Herausgeber: Books on Demand
• Erscheinungsdatum: 26. Jan. 2015
• ISBN: 9783738673609

Olaf Meiendresch

Olaf Meiendresch, geboren 1964 im Rheinland, erlernte den Beruf des Augenoptikers und ist seit 1988 in unterschiedlichen Tätigkeitsbereichen der augenoptischen und augenmedizinischen Branche aktiv. Nach berufsbezogenen Weiterbildungen und seinem inzwischen reichhaltigen Erfahrungsschatz in Optik, Medizintechnik und Augenheilkunde ist er seit 2006 vorwiegend als Klinischer Trainer für Fachärzte und medizinisches Fachpersonal tätig. Durch seine Spezialisierung im Bereich der Fachgebiete Ophthalmochirurgie, Diagnostik und Refraktion schult er die Technologie, Anwendung und Diagnostik der modernen Medizintechnik in Praxen und Kliniken. Für seine Vortragsreihen und Workshops zu den Themen "Biometrie", "OCT-Diagnostik" und "Diagnostik für die refraktive Chirurgie" ist er bundesweit auf vielen Veranstaltungen präsent.

Buchvorschau

bedanken.

Kapitel 1

Grundlagen der Optischen Kohärenztomographie

>>Die Optische Kohärenztomographie (OCT) wurde entwickelt, um die Netzhaut, den Sehnerv und einen Teil des vorderen Augensegmentes, visuell ähnlich einer Schichtaufnahme mit dem aus der Radiologie bekannten CT, in einzelnen Schichten bildlich darstellen zu können. Nur werden bei diesem Verfahren Breitbandlichtquellen mit kohärentem Licht verwendet. Diese nicht-invasive, berührungsfreie, Bild gebende Technik, welche detaillierte Gewebe-Querschnittsbilder, auch ähnlich dem Bild einer Biopsie, darstellen kann, arbeitet mit einer Abtasttiefe von ungefähr 2-3 Millimetern im Gewebe bei einer Axial- und Lateral-Auflösung im Mikrometerbereich. Im Jahr 1996 wurde diese Technik erstmals vorgestellt. Damals mit einer axialen Auflösung (Tiefenauflösung) von ca. 30 μm und weniger. In ihrer weiteren technischen Entwicklung erreichten herkömmliche OCT später erstmals eine axiale Auflösung von unter l0 μm<<¹.

Der heutige Typ des „3D-OCT", bietet mit seinen 2*-5μm ( * derzeit noch technisches Limit für kommerziell nutzbare Superlumineszenzdioden) eine noch wesentlich höhere axiale Auflösung. Nicht verwechselt werden sollte allerdings diese Abtastauflösung mit der Fähigkeit der 3D OCT im Allgemeinen in einem gemessenen Feld auf 1 Mikrometer genau Messungen und Schnitte darstellen zu können. Unabhängig herstellerspezifischer Bezeichnungen (SD = Spektral Domain, HD = High Definition usw.) arbeiten dabei bislang alle bekannten Systeme nach dem sogenannten Fourier Domain – Prinzip (FD). Lediglich Abtastgeschwindigkeiten, Wellenlängenpräferenzen und Algorithmenauswertungen führen zu geringfügigen Unterschieden. Jedoch, soviel sei vorab gesagt, sind die Ergebnisse aller Systeme im Wesentlichen gleich. Ganz neu auf dem Gebiet der kommerziell nutzbaren OCT Diagnostik ist das Verfahren der Swept-Source-Technologie. Die Abtastung des Augenhintergrundes erfolgt über eine justierbare Laserdiode im Infrarot-Wellenlängenbereich bei ca. 1050nm. Hierdurch lassen sich bisher unerreichte Tiefenabbildungen der Netzhaut bis hinter das Chorioid bildlich darstellen. Seit Anfang 2012 sind solche Swept-Source-Systeme im Einsatz. Zunächst jedoch auf Grund noch zu geringer Normativdatenbanken und der neu zu ermittelnden Algorithmenerfassung nur im klinischen Studienbereich eingesetzt. Im Laufe der Einführungszeit wurde bis heute eine inzwischen kommerziell nutzbare und praxisnahe Software für dieses System weiterentwickelt.

>>Nimmt man beispielsweise den Ultraschall zum Vergleich, welcher Echos verwendet, um innerhalb des Körpers Strukturen zu erkennen, so kann man das allgemeine Funktionsprinzip des OCT als ähnlich einstufen. Nur, das hier mit Lichtquellen gearbeitet wird und die verwendete Signalgeschwindigkeit des OCT millionenfach schneller als der Ton des Ultraschalls ist. So erreicht man mit OCT Darstellungen von Strukturen mit einer Auflösung von unter 6μm, im Vergleich zum Ultraschall mit einer Auflösung von ca. 100 Mikron.

Der Schlüssel dafür sind die unglaublichen Möglichkeiten der sogenannten Niedrigkohärenz Interferometrie. Mittels einer sogenannten Superlumineszenzdiode (SLD) oder per SLO (Scanning Laser Ophthalmoscope), oft kombiniert mit einem SLP (Scanning Laser Polarimeter) zur Detektion der Nervenfaserschichttiefe, wird Licht im Bereich von ca. 820 nm erzeugt und auf die Netzhaut projiziert. Ein Spiegelsystem bricht das von der Netzhaut reflektierte Licht und sendet es an zwei Detektorenarme - den Abtastarm (zielmusterorientierter Abtastbereich) und den Referenzarm. Die Reflektionskombination beider Arme erzeugt dann ein Interferenzmuster. Die Time Domain Technologie setzte diese Art der Bilderfassung erstmals erfolgreich um. Resultierend aus der Reflexion ist ein Profil, welches als A-scan bezeichnet wird. Es enthält Informationen über die räumlichen Dimensionen und die Position der Strukturen innerhalb des Abtastbereichs. Reiht man seitlich einige dieser axialen Tiefenscans (A-scan) aneinander, so erhält man einen Querschnitt (B-Scan).

Grundsätzlich kann das OCT, als Retinatomograph allerdings nur bedingt, ebenso deutlich die Cornea, Sklera, Iris und Linse in den vorderen Abschnitten des Auges darstellen. Hierzu wäre die Verwendung von Infrarotlicht mit einer Wellenlänge von 1310 nm allerdings die beste Wellenlänge <<².

Daher sollte klar zwischen speziell für den vorderen Augenabschnitt entwickelten OCT und den Retina-Tomographen unterschieden werden. Bei Letzteren ist der Messbereich für das vordere Segment technologisch zwar möglich, aber nicht so prägnant, wie beim speziell dafür entwickelten Anterior-OCT. Es fehlte bislang hier noch an der gesamten Bandbreite der Wellenlängenabtastung und teilweise an den Möglichkeiten zur technischen Umsetzung bei der Erfassung der gesamten Cornea (Scan-Arealbreite) mit der vollständigen vorderen Augenkammertiefe. Dieses soll sich jedoch mit der neuen zukünftigen Swept-Source Technologie ebenfalls ändern. Der Fokus der herkömmlichen SD-Retinatomographen liegt daher ganz klar im Vitreus. Somit kann der Retinatomograph bislang tatsächlich nur, entsprechend der Fokussierung und seiner Abbildungstiefe von 2-3 mm im Gewebe, Teile des vorderen Augenabschnittes, entweder die Cornea oder linsenfokussiert die Iris oder den Kammerwinkel erfassen und darstellen. (Abbildungen 1.1 – 1.3)

Abb 1.1 (Quelle: Vorderabschnitts OCT Visante (Fa. Zeiss))

Abb 1.2. Cornea 3DOCT-2000 (Topcon)

Abb 1.3 Kammerwinkel 3DOCT-2000

>>Um die Tiefenstruktur der Netzhaut am lebenden Auge derart hoch detailliert darstellen zu können, dass auch die feinsten Strukturen sichtbar werden, ist die optische Kohärenztomografie die einzige Technologie, die es möglich macht. Aus diesem Grund ist OCT auch inzwischen zu einem unabkömmlichen Diagnoseverfahren für den Umgang mit vitreoretinal erkrankten Patienten geworden. Kein anderes Bild gebendes Verfahren ist in der Lage unter der Oberfläche liegende mikroskopische Gewebeschichten in vivo derart selektiv abzubilden<<³.

(Abbildung 1.4: Quelle: 3D OCT 2000, Topcon, Querschnitt entlang der papillomakulären Achse durch die Makula. Diese benannten Schichten sind relevant für die OCT-Softwareauswertungen)

Wie funktioniert die Bildgebung am OCT genau?

>>Wie schon erwähnt, ist die Optical coherence tomography (OCT) eine Methode, bei der kohärentes Licht von einer Breitbandlichtquelle (Superlumineszenzdiode SLD) mit ca. 820 Nanometer Wellenlänge, mittels eines Strahlenteilers in zwei separate Ausleger geteilt wird. Einer der Ausleger wird über die Oberfläche des zu analysierenden Gewebeteils positioniert, wie z.B. über die Netzhaut, bevor es zu dem Sensor zurückreflektiert wird. Die zweite Hälfte des Original-Auslegers, Referenzausleger genannt, wird von einem Spiegel reflektiert, statt der Netzhaut, bevor es zu dem Lichtsensor zurückreflektiert wird. Nun wird die Distanz zwischen dem