OCT Flashcards
Was ist die Idee hinter der OCT ?
OCT liefert Informationen aus allen Tiefen der Probe über den Interferenzkontrast.
Tiefendiskriminierung durch Interferenz (Kohärenz-Gating)
Informationen aus der Schicht deren Laufzeit im Referenzarm entspricht –> Signal aus Referenzwelle R(z,t)
Das Michelson Interferometer als Grundlage, wobei ein Spiegel durch eine (mehrschichtige) Probe ersetzt wird (Probenarm) und der Referenzarm wird bewegt.
Wann tritt Interferenz im Michelson Interferometer auf?
Wenn beide Interferometerarme (Spiegel) sich maximal um die halbe Kohärenzlänge unterscheiden.
Die Lichtquelle muss kurzkohärent sein, damit Interferenz nur dann auftritt, wenn die beiden Speigel gleich lang sind.
Andernfalls sehen wir nur noch die Intensitäten von beiden Armen, die wir detektieren
Was sagt das Interferenzsignal über die Objektwelle und Referenzwelle aus?
das Interferenzsignal ist proportional zum quadratischen Betrag von (O(t)+R(z,t)
- Was ist konfokales Gating?
2. und Kohärenz-Gating?
- Dass mehrfach gestreute Photonen nicht auf den Detektor gelangen –> Pinhole
- Filterung mehrfach gestreuter Photonen und Reflexe von optischen Komponenten - Tiefendiskriminierung durch Interferenz
OCT
Welche beiden Techniken gibt es ?
-Time-Domain OCT: zeitabhängigkeit, bewegter Spiegel
Die Tiefendiskriminierung durch die Interferenz wird auch das Koh¨arenz-Gating
(engl. Coherence Gating) genannt.
• Meist findet zus¨atzlich eine Kombination mit dem Konfokalen-Gating statt.
• Filtert mehrfachgestreute Photonen und Reflexe von optischen Komponenten
• Durch Filtern des Gleichanteils wird RehROit (z) bestimmt.
• Das resultierende Signal hROi(z) ist in z analytisch.
• Digitale Gewinnung ¨uber eine Hilberttransformation
• Oder mit Analogelektronik (Gleichrichter und Filter).
Die Aufl¨osung bei Time-Domain OCT wird meist als Halbwertsbreite (FWHM)
angegeben, in Abh¨angigkeit der -Halbwertsbreite einer Gaußf¨ormigen Lichtquelle.
-Fourier-Domain OCT: Spektralanpassung in Tiefeninfos berechnen, Wellenzahl abhängig, Parallele Detektion aller Tiefen, bestimmt komplexes Signal
ohne Bewegung des Referenzarmes
Die Koh¨arenzfunktion entsteht durch ¨Uberlagerung aller Frequenzen der Lichtquelle.
• Nur wenn alle Frequenzen (aus Referenz und Probe) im Gleichtakt sind beobachten
wir Interferenz
• Sind die Frequenzen aus dem Takt verschwindet die Interferenz (Phase Washout).
Welche verschiedene Scan gibt es ?
- A(xial) Scan
- B-Scan: Querschnittbild, Sammlung von A-Scans
- C-Scan: 3D Volumen, Sammlung von B-Scans
- En Face: Schnitt in konstanter Tiefe
Wie wird die Auflösung bei der Time-Domain OCT angegeben ?
als Halbwertsbreite (FWHM) für gaußförmige Lichtquelle
Was besagt das wiener-Chinchin Theorem?
Die spektrale Leistungsdichte ist die FT der korrrespondierenden Autokorrelation ) (Amplitude?)
Wodurch gewinnt man ein analytisches Signal?
durch Anwendung der Hilberttransformation (fügt Imaginärteil hinzu)
Was sind die Unterschiede von der Td-OCT und der FD-OCT?
TD:
- Signal in Abhängigkeit von z aufgenommen
- nur der Probenanteil der entsprechenden Refernzposition z trägt zum Signal bei
- Signal bandlimitiert durch das Spektrum
- Ir+Io=konst. immer –> immer gleichviele Photonen aus Ref und Probe
- Auflösung durch Kohärenzfunktion und Spektrum (Wiener-Chintchin-Theorm) bestimmt
FD:
- Signal in Abhängigkeit von k aufgenommen
- alle aufgenommenen k tragen zum Signal für alle z bei
- Signal ist bandlimitiert durch die Tiefe der Probe
- Anzahl der detektierten Photonen (aus IR,Io) kann mit k varriieren
- Auflösung durch detektierten Teil des Spektrums bestimmt
Was sagt die Kohärenzfunktion aus?
Ein Maß für den Grad der Linearität zweier Zeitsignale über der Frequenz.
Entsteht durch Überlagerung aller Frequenzen der Lichtquelle
Wann beobachtet man Interferenz on der FD-OCT?
Nur wenn alle Frequenzen (Referenz,Probe) im Gleichtakt sind –> sonst Phase Washout
Was ist die Analogie zur FD-OCT ?
die Holografie
der Autokorrelationsanteil überlagert die Kreukorrelationsanteile und kanndiese stören
Full-Range und komplex-konjugierte Analogie
was ist die Relation zwischen TD und FD ?
Wird das TD OCT Signal phasenkorrekt FT erhält man ein FD-OCT Signal entsprechendes Spektrum
Welche Umsetzungen des FD-OCT Konzeptes gibt es ?
Spectral-Domain OCT (mit Spektrometer detektiert) mit räumlicher kohärenter breitbandiger Quelle, Zeilenkamera
Swept-Source OCT/ optical Frequency Domain Imaging: Alle Wellenzahlen sequentiell aufgenommen (Lichtquelle ändert mit Zeit ihre Wellenzahl durch räumlich kohärentem, schnell durchstimmbarem Laser.
Hauptanwendung der FD-OCT?
diagnostische,
tomographische Bildgebung im Auge
Doppler OCT
Was ist der Dispersionsmismatch ? und was verliert man dadurch?
der Effekt von Dispersionsunterschied zwischen Referenzarm und Probenarm, man verliert an Auflösung
wie werden die lateralen Punkte parallel erfasst?
und welche zwei Methoden gibt es?
kein konfokales Gating, wir nehmen mehrere PPunkte gleichzeitig auf:
Line-field: laterale Punkte eines B-Scans werden geichzeitig aufgenommen. time-Domain mit bewegter Referenz, Swept source mit Zeilenkamera, Spektrometerbasiert mit Flächenkamera On-axis, Off-axis
Full-field: laterale Punkte in x-,y-Richtung werden gleichzeitig augenommen time-Domain mit bewegter Referenz, Swept source mit Flächenkamera, Möglichkeit der Holografischen Abbildung On-axis, Off-axis
Zu welchem Prinzip ist das Full-Field (TD) OCT identisch? und was ist ausschlaggebend an dem Prinzip
mit dem der strukturierten Beleuchtung identisch, es werden drei Bilder mit unterschiedlicher Referenzphase aufgenommen
Was sind die Nachteile der Full-Field (TD) OCT?
- sehr langsam
- time domain klaut Sensitivität
- z.B.LED: räumliche Inkohärenz (unterdrückt Interferenz vom mehrfach gestreutem Licht) erhöht das Rauschen, besonders für dichtes Gewebe
Was trägt zum Rauschen bei?
Quantenrauschen
die spektrale Form (DC) (hohe Frequenzen)
Autokorrelationsanteile
Intensitätsrauschen
Wodurch können wir |R|^2 +|O|^2 (Rauschterme) später entfernen ?
Wir können zwischen Referenzarm und Probenarm einen Phasenunterschied von Pi einführen. –> beide Gleichungen I und I’ voneinander substrahieren (I’= |R|^2 +|O|^2+2ReR*Oe^iPi)
Wie erzeugt man einen Phasenunterschied ? (für Rauschentfernung)
Wir betrachten ein Michelson-Interferometer mit zwei Spiegeln, einem im Probenarm
und einem im Referenzarm. Ist am Detektor konstruktive Interferenz, so l¨auft auch ein
Anteil zuruck zur Quelle zur ¨ uck. Am Strahlteiler liegen die elektrischen Felder ¨ U1
(Detektor 1), U2 (Detektor 2), Uo (Probe) und Ur (Referenz) an.
Was ist der Effekt eines Strahlteilers auf die Phase?
- Egal wie R und T aussehen, die Interferenzterme addieren sich.
- Die Kreuzterme substrahieren sich vollständig
Prinzip von Off-Axis full-field swept source OCT?
- swept source (durchstimmbare Lichtquelle und fixe Referenzlänge
- kein konfokales Gating
- Trick aus der Holografie: Off-Axis Referenz (trennt komplex konjugierten Teile voneinander: RO(Signalterm) und OR(konjugierter Signalterm)
Wie werden diese Terme bezeichnet ? R*O RO* |R|^2 |O|^2
Signalterm
konjugierter Signalterm
DC-Term
Autokorrelationsterm
Wie trennt Off-Axis und der Laufzeitunterschied die Terme: Signalterm, konjugiertes Signalterm, Autokorrelationsterm?
Off-axis ff swept source OCT
Off-axis trennt lateral (in kx,ky)
Laufzeitunterschied zwischen Ref und Probe trennt die Terme axial in kz
Was ermöglicht eine Off-axis Detektion ?
ein full range OCT
Die Trennung in einer Dimension reicht,
um die Mehrdeutigkeit der beiden
Signalterme zu entfernen
wie wird die axiale und laterale Detektion ermöglicht ?
Axial: TD oder FD (axial parallelisiert)
Lateral: Konfokal, und on/off-axis: full-field, line-field, holografisch
