Mehrschichtige Streuphantome für die optische Kohärenztomographie

Abstract

Optische Kohärenztomographie (OCT) ist ein nichtinvasives bildgebendes Verfahren, das in der medizinischen Diagnostik weitverbreitet ist. OCT basiert auf dem Prinzip der Weißlicht-Interferometrie oder auch Kurzkohärenz-Interferometrie genannt. Die ständige Weiterentwicklung solcher OCT Systeme erfordert Objekte, die menschliches oder tierisches Gewebe imitieren; diese werden Phantome genannt. Phantome dienen zum Testen der Leistung eines Systems, ermöglichen eine Vergleichbarkeit zwischen unterschiedlichen Systemen oder werden zur Kalibrierung eingesetzt. Phantome setzen sich im Allgemeinen aus den drei Komponenten zusammen: Wirtsmaterial, Streupartikel und wahlweise einer absorbierenden Komponente. In dieser Arbeit wird ein Protokoll zur Herstellung von reproduzierbaren, haltbaren Streuphantomen vorgestellt. Als Streupartikel wurden Titandioxid und Glasmikrosphären in Kombination mit Silikon oder Epoxid als Wirtsmaterial getestet. Im weiteren Verlauf wird gezeigt, dass sich in Kombination mit der Tauchbeschichtung Schichtphantome mit einzelnen Lagen von nur 100 µm Dicke herstellen lassen. Die hergestellten Phantome wurden mit zwei unterschiedlichen OCT Systemen vermessen. Ein OCT System im sichtbaren Bereich mit einer Auflösung von 0.8 µm in Gewebe und einem Messbereich von 1.2 mm, sowie ein System im infraroten Bereich mit einer Auflösung von 6.5 µm in Luft und einem Messbereich von 5 mm wurden verwendet. Aus den aufgenommenen Intensitätsbildern wurde eine Analyse der gemessenen Schwächungskoeffizienten vorgenommen. Zur Verifizierung der gemessenen Werte wurden Simulationen auf Basis der Mie-Theorie durchgeführt.

Optical coherence tomography (OCT) is a non-invasive imaging modality, which is well established in medical diagnostics. OCT is based on the principles of low coherence interferometry also called white light interferometry. The constant improvement of OCT devices requires the use of phantoms which mimic human or animal tissue and which can be used for performance testing of an OCT system, comparing performance between systems or for system calibration. Such phantoms are usually comprised of three individual parts: matrix material, scattering particles and optionally an absorbing component. In this thesis a protocol for the fabrication of reproducible and durable scattering phantoms is presented. Titanium dioxide and glass microspheres were used as scattering particles in combination with silicon or resin as matrix materials. By using the dip coating method, it was possible to produce phantoms with layers which were down to 100 µm thick. The phantoms were then imaged with two different OCT systems. A visible light OCT system with an axial resolution of 0.88 µm in tissue and an imaging depth of 1.2 mm as well as an OCT system in the infrared region with an axial resolution of 6.5 µm in air and an imaging depth of 5 mm were used. The attenuation coefficients were extracted from the intensity images, and to verify the measurements simulations based on Mie theory were performed.