STOC-T kann hochauflösende Bildgebung von Retina und Choroidea verbessern

Eine neue Technologie ermöglicht hochauflösende Aufnahmen von Retina und Choroidea über einen größeren Tiefenbereich als die konventionelle OCT. Das Verfahren wird Die Spatio-Temporal Optical Coherence Tomography (STOC-T) genannt. Ein Review im „Journal of Biomedical Optics“ gibt einen Überblick über den aktuellen Entwicklungsstand und das klinische Potenzial der Technologie.

Bei der konventionellen scannenden OCT, so die Autoren, geht eine hohe laterale Auflösung aufgrund der begrenzten Tiefenschärfe mit einem kleinen hochauflösend abbildbaren Tiefenbereich einher. STOC-T kombiniere dagegen Full-Field-Detektion mit einer gezielten Modulation der räumlichen Phase des Lichtes. Dadurch würden mehrfach gestreute Lichtanteile und der daraus resultierende „optical crosstalk“ unterdrückt.

Störsignale sollen bei STOC-T schon während der Datenerfassung unterdrückt werden

Die bislang publizierten experimentellen Daten zeigen, dass die STOC-T Kontrast und Bildqualität insbesondere in stark streuendem Gewebe verbessern kann. Prof. Maciej Wojtkowski, Leiter des International Centre for Translational Eye Research am Institut für Physikalische Chemie der Polnischen Akademie der Wissenschaften in Warschau, Polen, erklärt: „Wir betrachten Rauschen nicht als etwas, das später kosmetisch korrigiert werden sollte. Stattdessen versuchen wir, den Messvorgang so zu gestalten, dass die störenden Signale gar nicht erst die Möglichkeit bekommen, das Bild zu verfälschen.“

In seinem Review fasst Wojtkowski theoretische Arbeiten sowie experimentelle Untersuchungen an Phantomen, biologischen Geweben und in vivo zusammen. Er beschreibt Untersuchungen, in denen mit der STOC-T unter anderem die retinale Nervenfaser- und Ganglienzellschicht, retinale Ganglienzellen, Zapfenmosaike sowie retinale und choroidale Gefäßstrukturen dargestellt werden konnten.

STOC-T macht schwer darstellbare Strukturen sichtbar

Auch feine Strukturen der Choroidea und choroidale Kapillaren, deren Darstellung durch geringe Dicke, niedrigen intrinsischen Kontrast und Speckle (Bildgebungsartefakte infolge von Interferenzeffekten) erschwert wird, konnten visualisiert werden. Dabei erreichte die STOC-T laut dem Review über einen axialen Bereich von etwa einem Millimeter eine effektive laterale Auflösung von rund fünf Mikrometern.

Der mögliche Vorteil für die klinische Bildgebung liege damit vor allem darin, mikroskopische Strukturen verschiedener retinaler und choroidaler Schichten innerhalb desselben hochauflösenden Volumendatensatzes beurteilen zu können, so Wojtkowski.

Bei der Optoretinographie könnten funktionelle Messungen möglich sein

Über die morphologische Bildgebung hinaus lässt sich STOC-T für die Optoretinographie (ORG) nutzen. Dabei werden lichtinduzierte Veränderungen der optischen Weglänge in den Außensegmenten der Photorezeptoren im Nanometerbereich erfasst. Die hohe Aufnahmegeschwindigkeit und der verbesserte Kontrast der Photorezeptorschicht ermöglichen mit STOC-T reproduzierbare funktionelle Messungen am menschlichen Auge in vivo.

In einer der Untersuchungen, über die Wojtkowski berichtet, wurden die Antworten von Zapfen auf Flimmerreize zwischen 1,5 und 45 Hz gemessen. Dabei ergaben sich zwei Komponenten mit Zeitkonstanten von etwa 398 und 43 Millisekunden. Die Messergebnisse stimmten gut mit elektrophysiologischen Patch-Clamp-Messungen der Zapfenantwort in Primatenretina überein. Dies stützt nach Einschätzung Wojtkowskis die Annahme, dass die mit STOC-T gemessenen optoretinographischen Signale lokale funktionelle Antworten der Zapfen widerspiegeln.

STOC-T zeigt auch Potenzial für die Hornhautdiagnostik

Potenzial sieht Wojtkowski zudem für die Hornhautdiagnostik. Mit STOC-T wurden in vivo unter anderem Hornhautepithel und -endothel, subbasaler Nervenplexus, stromale Nerven und Keratozyten dargestellt. Eine automatisierte Bestimmung der Endothelzelldichte und morphometrischer Parameter ergab eine gute Übereinstimmung mit der konventionellen Spiegelmikroskopie.

Anders als die konfokale Mikroskopie erfolgt die STOC-T berührungslos. Eine hochauflösende En-face-Bildgebung der Hornhaut könnte damit perspektivisch ohne Kontakt mit der Augenoberfläche und ohne Lokalanästhesie möglich werden.

Große Datenmengen erschweren noch den klinischen Einsatz

Die STOC-T, so heißt es einschränkend, sei bislang kein klinisch verfügbares Verfahren. Zu den derzeit noch bestehenden Hürden für die Einführung gehörten insbesondere die Anforderungen an Hochgeschwindigkeitskameras und Rechenleistung. Ein hochauflösender Datensatz aus 32 Volumina könne mehr als 8,5 GB umfassen. Für einen Einsatz im klinischen Alltag seien deshalb effizientere Strategien zur Datenauswahl, Verarbeitung und Speicherung erforderlich.

„Die Entwicklung ist noch lange nicht abgeschlossen“, betont Wojtkowski. „Wir wissen bereits, was verbessert werden muss: Geschwindigkeit, Datenmenge, Phasenkodierung und die Automatisierung der Rekonstruktion. Das zugrunde liegende Konzept und die Art, wie wir das Phänomen beschreiben, eröffnen jedoch enorme Möglichkeiten – sowohl für die Entwicklung neuer Bildgebungsgeräte als auch für weitere Innovationen der Methode selbst.“ (nec/BIERMANN)