OCT-basierte Neurobildgebung

Projektbeschreibung

Die Optische Kohärenztomographie (OCT) ist eine relativ jung bildgebende Technik. Sie beruht auf dem Prinzip der Interferometrie und gleicht in der Funktionsweise der ultraschallbasierten Bildgebung. Bei der OCT werden jedoch Lichtwellen im Bereich von 800 bis 1500 nm benutzt, die von der zu untersuchenden Probe gestreut werden. Wesentliche Vorteile der OCT liegen in der hohen Auflösung (1-10 mm), der Echtzeitfähigkeit und der atraumatischen Bildgebung (kein Kontakt erforderlich). Wesentlicher Nachteil ist die geringe Eindringtiefe von bis zu 3 mm. Im Bereich der medizinischen Anwendungen stellt die OCT in Bereichen der Dermatologie und Ophthalmologie mittlerweile ein etabliertes Verfahren dar. Die Möglichkeit, OCT-Applikatoren mit sehr geringer Baugröße zu realisieren, unterstützt auch die Anwendung in der Neurochirurgie. In Zusammenarbeit mit dem Institut für Biomedizinische Optik, der Klinik für Neurologie, dem Institut für Signalverarbeitung, dem Institut für Robotik und der Klinik für Neurochirurgie (alle Universität zu Lübeck) sollen daher Instrumente und Verfahren zur Integration der OCT in die Neuronavigation entwickelt werden.

Folgende Anwendungsszenarien stehen dabei im Fokus:

OCT in der Neuro-Bildgebung

Trotz dieser Vorteile wurde die Darstellung von Gehirngewebe bisher nur wenig untersucht. Es existieren erste Ansätze zur Darstellung von Gewebestrukturen in vitro. Weiterhin wurde die Fähigkeit von OCT gezeigt, tumoröses Gewebe im Hirn zu identifizieren und somit die Tumorrestzellenidentifikation zu verbessern. Bisher erfolgte allerdings noch keine weitergehende Integration der OCT in die neurochirurgische Bildgebung und die Neuronavigation. Eine solche Integration könnte z.B. für eine Echtzeitvalidierung der Bahnplanung in der Verbringung von Instrumenten im Tiefenhirn von Interesse sein.

Entwicklung von Verfahren zur Reduktion von Speckle-Rauschen

Ähnlich den Ultraschallbildern sind OCT-Bilder vom sogenannten Speckle-Rauschen betroffen. Obwohl diese Rauschart auch wichtige Bildinformationen enthält, wird eine Nutzung der Bilder z.B. für diagnostische Zwecke dadurch erschwert. In diesem Teilprojekt sollen neue Methoden für eine Reduktion des Speckle-Rauschen entwickelt werden. Dabei werden zwei Ansätze verfolgt:

(a) Entwicklung von neuartigen Bildverarbeitungsmethoden
(b) Entwicklung von veränderten OCT-Bildgebungsvorgängen.

Entwicklung von Verfahren zur Gewebeklassifikation

Eng verbunden mit dem Problem des Speckle-Rauschen ist das Problem der Strukturidentifizierung in OCT-Bildern. Diese ist z.B. für diagnostische Anwendungen (Schichtdickenmessung der Retina) interessant. In diesem Teilprojekt sollen daher neue Methoden zur Identifikation von Gewebestrukturen entwickelt werden.

Veröffentlichungen

Ansprechpartner

Achim Schweikard
Haus 64 / Raum 97 +49 451 31015200


Floris Ernst
Haus 64 / Raum 95 +49 451 31015208


Ehemalige Projektmitarbeiter
  • Dr.-Ing. Lukas Ramrath

2008

Lukas Ramrath, G. Moreno, Heike Mueller, Tim Bonin, Gereon Hüttmann and Achim Schweikard, Towards Multi-Directional OCT for Speckle Noise Reduction, in: MICCAI 2008, Part II, pages 815--823, 2008
[DOI]
[Bib|RIS]

2007

Fernando Gasca and Lukas Ramrath, Model-Based Detection of White Matter in Optical Coherence Tomography Data, in: Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, Lyon, France, 2007
[Bib|RIS]
Lukas Ramrath, Ulrich G. Hofmann, Gereon Hüttmann, Andreas Moser and Achim Schweikard, Towards Automated OCT-based Identification of White Brain Matter, in: Bildverarbeitung für die Medizin, 2007
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2006

Lukas Ramrath, H. Fuellgraf, C. Winter, Ulrich G. Hofmann, Gereon Hüttmann, Andreas Moser and Achim Schweikard, 3D Visualization and Identification of Rat Brain Structures using Optical Coherence Tomography, in: 5. Jahrestagung der Dt. Gesellschaft fuer Computer- und Roboterassistierte Chirurgie, Hannover, 2006
[Bib|RIS]