Heidelberg Engineering Technologien

I. Tracking-Laser-Tomographie

Heidelberg Engineering führte als erstes Unternehmen die Tracking-Laser-Tomographie ein, eine Technologie, die simultane Bildaufnahmen in Echtzeit ermöglicht und dabei Augenbewegungen kompensiert. Durch die TruTrack™ Bildausrichtungs-Software können die Geräte Augenbewegungen kontinuierlich mit einem Lichtstrahl überwachen. Der Eye-Tracker des SPECTRALIS® führt den OCT-Messstrahl bei Augenbewegungen nach und stellt sicher, dass OCT-Schnittbilder stets am korrekten Ort aufgenommen werden.

Bei dieser innovativen Technologie wird das erste Zweistrahl-Scanning-System mit simultaner konfokaler SLO und Spektral-Domänen OCT-Bildgebung kombiniert, d. h. die besten hoch auflösenden Schnittbilder des Auges werden mit den besten hochauflösenden Aufnahmen der Netzhautoberfläche in einer Plattform zusammengeführt, die vielfältige Bildaufnahmemodalitäten bietet und präzise Positionsinformationen liefert.

Die neue Technologie ermöglicht die präzise Lokalisierung pathologischer Veränderungen. Durch die Integration des Rauschunterdrückungssystems von Heidelberg Engineering (Heidelberg Noise Reduction™) sorgt sie für bessere Bildqualität und bietet mit der Auto-Rescan-Funktion die Möglichkeit, Veränderungen über die Zeit zu verfolgen. Wird bei Folgeuntersuchungen die Aufnahmeposition verändert, ist es schwierig zu beurteilen, ob die Krankheit voranschreitet oder die Therapie die gewünschte Wirkung zeigt. Heidelberg Engineering hat als einziger Anbieter ein Gerät im Programm, das OCT-Schnittbilder bei Folgeuntersuchungen bedienerunabhängig automatisch an exakt derselben Stelle positionieren kann wie bei der Erstuntersuchung.

Erkennen und Kompensieren von Augenbewegungen (eye tracking), genaue Positionsbestimmung auf der Retina und automatische Positionierung von Folgeaufnahmen an exakt derselben Stelle sind die Schlüsselmerkmale der Tracking-Laser-Tomographie.

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II. Konfokale Laser-Scanning-Tomographie

Die Basistechnologie des Unternehmens ist die konfokale Laser-Scanning-Tomographie. Bei dieser Technik wird Gewebe mit Laserlicht beleuchtet, wodurch hoch auflösende Bilder der Netzhaut in hoher Geschwindigkeit aufgenommen werden können. Die hohe Geschwindigkeit ist wichtig, da das menschliche Auge in ständiger Bewegung ist. Selbst wenn wir uns auf einen festen Punkt konzentrieren, vollführt das Auge unwillentlich ständig kleine Bewegungen, Sakkaden genannt, die das Fixieren eines neuen Punktes vorwegnehmen.

Da eine Aufnahme der Netzhaut mit Hilfe von Laserlicht nur 24 Millisekunden in Anspruch nimmt, wird die Augenbewegung zum größten Teil eliminiert, wobei die gleichen Prinzipien angewendet werden wie bei der Stop-Action-Fotografie. Vor der Entwicklung der Laser-Bildgebung konnten solche Stop-Action-Bilder nur mit einer Kamera mit intensivem Blitzlicht aufgenommen werden. Bei der Laser-Bildgebung wird jedoch nur 1/100 der Lichtmenge eines herkömmlichen Blitzes benötigt, um eine Karte der Netzhaut und der retinalen Gefäße aufzunehmen. Mit unserer geschützten TruTrack™ Bildausrichtungs-Software können Bilder exakt ausgerichtet und dreidimensional vermessen werden.

II.a. Konfokale Bildgebung

Konfokale Bildgebung beschreibt den Prozess, bei dem Licht auf ein Objekt projiziert und das reflektierte Licht durch eine Lochblende zurückgestrahlt wird. Die Lochblende unterdrückt das nicht von der Fokalebene oder der interessierenden Gewebeschicht reflektierte Licht sowie Streulicht, durch welches das Bild „überstrahlt“ d. h. kontrastarm werden könnte. Ergebnis: gut fokussierte hoch auflösende Bilder ohne störende Lichtreflexe.

II. b. Tomographie

Auch mit der konfokalen Bildgebung lassen sich hochauflösende Bilder in unterschiedlich tief liegenden Gewebeschichten aufnehmen: als Schnittbilder entlang der optischen Achse. Diese Technologie wird allgemein als „Tomographie“ bezeichnet. Mit dem Heidelberg Retina Tomographen (HRT) und dem Heidelberg Retina Angiographen (HRA) können tomographische Schnittbilder aus dem Inneren der Netzhaut aufgenommen werden. Der HRT verwendet die tomographischen Informationen zur Erzeugung einer topographischen Oberflächenkarte, anhand derer krankheitsbedingte Veränderungen wie beispielsweise durch Glaukom hervorgerufene pathologische Veränderungen erkannt und gemessen werden können. Das Gerät verwendet außerdem tomographische Schnitte durch die Netzhaut zur Erkennung eines Ödems und der wichtigen Netzhautschichten wie der Inneren Grenzmembran (ILM) und des Retinalen Pigmentepithels (RPE), die für die Vermessung der Netzhautdicke benötigt werden.

Aufnahmen mit dem konfokalen Scanning-Laser-Ophthalmoskop sind Querschnittsaufnahmen (aufgenommen in Richtung der x- und der y-Achse) bei Draufsicht auf die retinale Oberfläche. Stellt man sich die Retina als Papierstapel vor, so entsprechen die tomographischen Querschnittsbilder den einzelnen Blättern im Stapel. Jedes Blatt Papier oder jedes Tomogramm bietet ein hochauflösendes Bild der Gefäßstrukturen des Auges. Durch Übereinanderlegen und Ausrichten dieser „Bildscheiben“ erhält man ein dreidimensionales Modell des Auges.

II. c. Vorteile des konfokalen Scanning-Laser-Ophthalmoskops

Die Vorteile des konfokalen Scanning-Laser Ophthalmoskops (SLO) sind Geschwindigkeit und Positionsgenauigkeit. Mit Lasern sind schnelle Aufnahmen entlang der x- und y-Achse möglich, bei denen durch Augenbewegungen bedingte Artefakte vermieden werden. Retinale Strukturen (wie beispielsweise die Gefäße) werden detailgetreu erfasst, wodurch sie leicht mit dem Bild vergleichbar sind, das der Arzt durch ein Standard-Ophthalmoskop sieht. Durch diese Kartographie der retinalen Strukturen ist eine exakte Positionsbestimmung der pathologischen Veränderung und eine Wiederholung der Untersuchung an derselben Stelle möglich.

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III. Optische Kohärenztomographie

Die Optische Kohärenztomographie (OCT) ist eine weitere Möglichkeit, das Auge mit Hilfe einer laserähnlichen Lichtquelle, einer Superlumineszenzdiode (SLD), zu untersuchen. Im Vergleich zu Lasern die nur eine Wellenlänge ausstrahlen, erzeugt eine SLD einen breiteren Wellenlängenbereich um eine Peak-Wellenlänge und ermöglicht so die gleichzeitige Erfassung von Informationen auf verschiedenen Wellenlängen.

Mit den verschiedenen Wellenlängen können schnell Tiefeninformationen (entlang der z-Achse) gewonnen werden, die detaillierte Querschnittsbilder der Netzhaut liefern.

III. a. Time-Domain-OCT

Beim OCT wird ein projizierter Lichtstrahl in zwei Strahlen geteilt. Ein Strahl wird in das Gewebe, der andere auf einen beweglichen Referenzspiegel geleitet. Der vom Gewebe reflektierte Strahl wird mit dem vom Referenzspiegel zurückgeworfenen Strahl verglichen, wodurch die genaue Entfernung zum Gewebe ermittelt werden kann. Es können hochauflösende Schnittbilder der Netzhaut gewonnen werden; die Abtastgeschwindigkeit in transversaler (x- und y- Achsen-) Richtung ist jedoch langsam, so dass die Bilder Bewegungsartefakte aufweisen.

Im Gewebe können mit dem OCT Tiefeninformationen (in Richtung der z-Achse) gewonnen werden, die hochauflösende Schnittbilder ermöglichen. Wenn wir uns die Netzhaut als Papierstapel vorstellen, verhält sich das OCT wie ein unsichtbares Papierschneidegerät, das senkrecht durch den Stapel fährt und Schnittbilder von den Papierschichten liefert.

Diese Methode der Bildgebung hat den Vorteil, dass sie detaillierte Informationen über die Netzhautschichten liefert, die Informationen über die transversale Richtung sind dagegen begrenzt. Sie wird auch für die Untersuchung der Hornhaut und zur Aufnahme von Schnittbildern des vorderen Auges, auch Vorderkammer genannt, verwendet.

III. b. Spektral-Domänen-OCT

Der Spektral-Domänen-OCT, auch Fourier-Domain-OCT genannt, stellt eine wesentliche Verbesserung im Vergleich zum Time-Domain-OCT dar. Der Spektral-Domänen-OCT verzichtet auf den beweglichen Referenzspiegel, der im Time-Domain-OCT noch benötigt wird, und ermöglicht 100mal höhere Abtastraten. Mit dem Spektral-Domänen-OCT werden alle Wellenlängen des zurückgeworfenen Lichts gleichzeitig analysiert, so dass mehr Daten in kürzerer Zeit erfasst werden. Schnellere Abtastraten helfen Bewegungsartefakte zu verringern und liefern mehr Daten, mit denen die Scanposition im Auge lokalisiert werden kann.

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IV. Ausrichtung des Bildes mit TruTrack™

Als TruTrack™ wird der Software-Algorithmus bezeichnet, der Netzhaut- und andere Augenstrukturen erkennt und die Daten zur Ausrichtung der Bilder verwendet. Er wurde erstmals im HRT zur Ausrichtung tomographischer Aufnahmen der Netzhaut eingesetzt, aus denen dreidimensionale Bilder des Sehnervenkopfes zusammengesetzt werden. Nachdem mit dem HRT immer bessere Ergebnisse in der Glaukom-Diagnostik erzielt wurden, wurde die Software in die HRA-Plattform für die retinale Bildgebung und später in das HRT Retina Modul zur Ödem- und Dickenmessung integriert.

In der Software werden hoch entwickelte Musterkennungsalgorithmen verwendet, um wichtige Strukturen des Auges, insbesondere Blutgefäße und Bildveränderungen zu erfassen. Mehr als 500 Datenpunkte werden aufgenommen und verglichen, mit deren Hilfe die Bilder überlagert und exakt ausgerichtet werden.

Seit der Einführung des SPECTRALIS-Tracking-Laser-Tomographen ist dank der TruTrack™ -Technologie die Verfolgung und Kompensierung von Augenbewegungen, die Rauschunterdrückung mit Heidelberg Noise Reduction™ und die Wiederholung von Aufnahmen an genau der gleichen Stelle mit den Auto-Rescan-Funktionen möglich. Durch die Kombination der TruTrack™ Bildausrichtungs-Software mit dem konfokalen SLO und dem Spektral-Domänen-OCT werden ein Präzisionsgrad und eine Detailtreue bei den Messungen erreicht, die bisher nicht möglich waren.

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V. Rauschunterdrückung mit Heidelberg Noise Reduction™

Das Rauschunterdrückungssystem von Heidelberg Engineering wird von der TruTrack™-Software zur Qualitätsverbesserung der Bilder genutzt. Mit der Eye-Tracking-Technologie werden mehrere Bilder von genau der gleichen Position aufgenommen. Diese Bilder werden miteinander verglichen und kombiniert, wobei das Zufallsrauschen (auch „Speckle“-Rauschen genannt) aus dem endgültigen Bild herausgefiltert wird.

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