Optische Bildgebung: Potenziale und Limitationen

In den vergangenen Jahren hat sich die optische in vivo Bildgebung am Kleintier zu einem essentiellen Werkzeug biomedizinischer Grundlagenforschung entwickelt. Neben technischen Fortschritten bei der Entwicklung hochempfindlicher optischer Sensoren und leistungsfähigen Lichtquellen in einem breiten Wellenlängebereich, sind hierfür auch Neuerungen im Bereich der Bilgebungsstrategien verantwortlich–die Entwicklung optisch aktivierbarer Kontrastmittel sowie die Entdeckung fluoreszierender Proteine auf Wellenlängen mit höherer Eindringtiefe.

In der Klinik liegt der Schwerpunkt häufig auf mikroskopischen Techniken; in ihrer Zahl übertreffen die hierdurch gewonnenen Aufnahmen deutlich die Zahl von anderweitigen klinischen Bildgebungsmethoden. Derzeit in der Entwicklung befindliche makroskopisch arbeitende optische Verfahren würden jedoch größere Bildausschnitte erlauben, rangierend von einigen Millimetern bis hin zu Zentimetern, abhängig von der tatsächlich angewandten Technologie.

Photographische (planare) Verfahren waren und sind klassische Methoden zur makroskopischen Darstellung von Fluoreszenz und Biolumineszenz im Kleintier. Der Schwerpunkt verschiebt sich jedoch mehr und mehr in Richtung optisch-tomographischer Verfahren, die tomographische Prinzipien der Bildrekonstruktion anwenden–bekannt aus klinischen Verfahren wie PET, MRI, CT–um optische Signale aus dem Gewebe mit hoher Sensitivität und räumlichen Auflösungen im Millimeter- oder sogar Submillimeterbereich nichtinvasiv darzustellen. Aktuelle Fortschritte in der mathematischen Modellierung genauso wie im Bereich der Instrumentierung erlauben die Aufnahme großer Datenmengen mit zahlreichen Projektionen, um quantitative, dreidimensionale Bilder rekonstruieren zu können. Um das volle Potenzial der optischen Tomographie auszuschöpfen sind jedoch weitere Fortentwicklungen vonnöten, betreffend die Detektion wie auch die Inversionsmethoden.

Lernziele:

Es werdenm die Grundbegriffe der verschiedenen optischen Bildgebungsmodalitäten wie auch ihre typischen Anwendungsbereiche vermittelt. Der Workshop bietet zudem einen Einblick in die Theorie der Photonenausbreitung im Gewebe und soll Ihnen so die Kompetenz vermitteln, Potenziale wie Limitationen der neuen Verfahren realistisch abschätzen zu können.

Korrespondierender Autor: Schulz R

Helmholtz-Zentrum München, Institut für Biologische und Medizinische Bildgebung, Ingolstädter Landstraße 1, 86574 Neuherberg

E-Mail: [e-mail]