Endoscopic optical coherence tomography with a flexible fiber bundle

We demonstrate in vivo endoscopic optical coherence tomography (OCT) imaging in the forward direction using a flexible fiber bundle. In comparison to current conventional forward looking probe schemes, our approach simplifies the endoscope design by avoiding the integration of any beam steering components in the distal probe end due to 2D scanning of a focused light beam over the proximal fiber bundle surface. We describe the challenges that arise when OCT imaging with a fiber bundle is performed, such as multimoding or cross-coupling. The performance of different fiber bundles with varying parameters such as numerical aperture, core size and core structure was consequently compared and artifacts that degrade the image quality were described in detail. Based on our findings, we propose an optimal fiber bundle design for endoscopic OCT imaging

Improvement of high speed swept source optical coherence tomography for optical angiography

Zsfassung in dt. SpracheOptische Kohärenz Tomografie ist eine weit verbreitete Technik zur optischen Bilderfassung. Es gibt viele verschiedene Anwendungsmöglichkeiten für OCT im medizinischen Bereich. Eine der wichtigsten funktionellen Erweiterungen von OCT ist retinale Angiographie, weil sie sehr schnell und nicht invasiv im Vergleich zu den weit verbreiteten Fluoreszenz Verfahren ist. Diese Arbeit behandelt retinale Angiographie mit einem bereits existierendem OCT Gerät. Das verwendete System in dieser Arbeit ist ein Zweistrahl-OCT Gerät, welches die Bestimmung des Blutflusses und der Angiographie gleichzeitig ermöglicht. Die Lichtquelle ist ein Swept Source Laser mit einer zentralen Wellenlänge von 1050 nm. Für Mediziner ist es von besonderem Interesse die retinale microvaskuläre Struktur zu studieren um etwaige Krankheiten zu erkennen und zu beobachten. Die optische Angiographie wird verwendet um diese microvaskulären Strukturen zu erfassen. Wichtig ist dabei die Erfassung eines großen Bereichs der Retina ohne dabei die Auflösung der kleinen Strukturen durch zu grobes sampeln oder durch Bewegungsartefakte zu verlieren. Konventionelle OCT Systeme haben eine durchschnittliche Bereichserfassung von 8 Grad, welche limitiert ist durch die Geschwindigkeit der Messung. Um die Geschwindigkeit der Datenerfassung zu erhöhen werden in dieser Arbeit verschiedene Techniken vorgestellt. Höhere Geschwindigkeit ermöglicht das Vermessen eines größeren retinalen Bereichs. Ziel ist es den Erfassungsbereich auf 16 Grad zu verdoppeln und experimentell zu verifizieren, dass dabei die mikrovaskuläre Struktur nicht verloren geht.Optical Coherence Tomography (OCT) is an established optical imaging technique for non-invasive medical diagnosis with many different medical applications. One of the most important functional extensions of OCT is lable-free retinal angiography based on speckle variance, because it is noninvasive and very fast compared to the common fluorescence angiography techniques. In ophthalmology it is of interest to analyze the retinal microvascular structure, because there are a number of diseases accociated with it. This thesis aims to improve angiography of the human retina based on an existing dual beam swept source OCT device operating at 1050nm central wavelength. In optical angiography it is of importance to enlarge the field of view (FOV) without degrading the microvascular resolution by motion artifacts and insufficient sampling of the object. Common OCT systems are limited by their imaging speed to small regions of around 8 grade FOV. To increase the imaging speed a number of hardware and software techniques are proposed. The increased imaging speed enables faster scanning and therefore a bigger FOV, which is verified experimentally in this thesis.6

Advanced techniques for functional parallel optical coherence tomography

Optische Kohärenz Tomographie (OCT) ist eine dreidimensionale Bildgebungstechnik, welche sehr schnelle und hochaufgelöste Bildgebung ermöglicht Sie liefert weiter Einblicke in die Funktionalität des Auges und dessen Dynamik, zum Beispiel die Durchblutung oder der physiologische Effekt verschiedener Zellen. Von speziellem Interesse ist hierbei die Netzhaut, da diese das sensorische Fenster zum Sehen ist. Sie verwandelt Lichtenergie in elektrische Signale, welche von unserem Hirn interpretiert werden, allgemein bekannt als Sehsinn. Das Ziel dieser Thesis ist es, Parallelisierung für OCT weiter zu entwickeln und damit verbundene Hochgeschwindigkeitsaufnahmen zu generieren, welche Einblicke in die Funktionalität und Struktur der Netzhaut liefern. Dabei sollen hochauflösende Volumen von der Netzhaut erstellt und detailliert analysiert werden. Parallelisierung ermöglicht Hochgeschwindigkeitsaufnahmen und damit reduzierte Bewegungsartefakte während der Aufnahme. Ein line field OCT system wurde für hohe Auflösung adaptiert, im Folgenden System 1 genannt. Ein zweites System mit einer neuartigen en-face OCT Technik wurde entwickelt, welches ebenfalls Hochgeschwindigkeitsaufnahmen ermöglicht, in diesem Fall fokussiert auf schnelle en-face Bildern, des weiteren System 2 genannt. Für beide Systeme wurde eine Lichtquelle mit einer zentralen Wellenlänge von 840 nm und einer Bandbreite von 50 nm verwendet. System 1 ist ein sogenanntes Spektral Domain line-field System. Bei diesem System wird eine 2-dimensionale CMOS Kamera verwendet, welche in einer Dimension die parallele Richtung aufnimmt und in der anderen das Spektrum. Somit entspricht ein Bild der Kamera einem Tomogramm der Netzhaut. Der Bildausschnitt wurde auf zwei Mal ein Grad reduziert, da die Kamera mit einem kleineren Bildausschnitt eine höhere Bildrate ermöglicht. Somit konnten Bildraten von 2.5 kHz erreicht werden, was ausreicht um phasenstabile Messungen über das gesamte 3-dimensionale Volumen zu ermöglichen. Der große Vorteil einer phasenstabilen Aufnahme ist die dadurch ermöglichte Bestimmung der Wellenfront, durch die räumliche Verteilung des zurückgestreuten Lichtes. Dadurch erhält man, ähnlich wie in der Holografie, die echte Bildinformation inklusive Tiefen- und Ortsinformationen. Das kann verwendet werden um eben diese Wellenfront zu analysieren und digital zu korrigieren für z.B. Defocus oder Aberrationen. Das ist von speziellem Interesse für hochauflösende Aufnahmen, um einzelne Zellen aufzulösen. Weiters kann der Widerspruch zwischen hoher Auflösung aber geringer Fokustiefe gelöst werden. Weiters ermöglichen solche phasenstabile Aufnahmen das Anwenden von digitalen Aperturen, welche verwendet werden können um winkelunabhängigen Blutfluss im Auge zu berechnen. Die erfolgreiche Anwendung von digitaler Wellenfrontkorrektur zeigt, welche detaillierte Analyse und Visualisierung von Photorezeptoren möglich ist. Des Weiteren wird die Applikation von Wellenfrontkorrekturen auf Angiographie-Daten vorgestellt. Parallele Aufnahmen ermöglichen all diese digitalen Techniken durch relativ wenig technologischen Aufwand. Dadurch können phasenstabile Volumen aufgenommen werden zu verhältnismäßig geringen Kosten, vor allem, da der herkömmliche Weg zur Aberrationskorrektur hardwarebasiert und dadurch technologisch aufwändig und teuer ist. System 2 stellt eine neue Technik dar um en-face OCT Bilder zu erzeugen, mit einer sehr hohen Geschwindigkeit, welche wieder ähnlich wie in System 1 digitale Defocus und Aberrationskorrekturen ermöglicht. Das Ziel bei System 2 war es, wieder ein günstiges hochauflösendes OCT System zu bauen, mit dem Fokus auf schnellen en-face Aufnahmen. Die Ebene, welche visualisiert wird, wird mittels eines Referenzarms eingestellt. Weiters ermöglicht auch dieses System Blutflussanalysen, jedoch nicht quantitativ sondern ausschließlich qualitativ.Optical Coherence Tomography (OCT) is a high speed and high resolution 3D imaging modality closing the biomedical resolution and penetration gap between X-ray and Ultrasound. It is widely used in Ophthalmology providing contactless volumetric information of the human eye. Thus observation and monitoring of various diseases, such as age related macular degeneration (AMD) or glaucoma is possible. Further, it provides insight in the functionality of the human eye such as blood penetration and flow or physiological behaviour of various cells. Special interest is focused on the retina as it is the sensory heart of the human eye, transforming photonic signals into electrical signals and transmitting them to the brain. Commonly known as the human vision. The central objective of this thesis was to advance parallelisation in OCT for fast and functional retinal imaging, providing high speed and high resolution imaging on a cellular scale for detailed analysis. The work is based on the previous work of PhD student Daniel Fechtig, who developed a line field system which served as basis for this work. Parallelisation enables acquiring data in high speed and therefore reducing the influence of movement, which is inevitable in any in-vivo imaging. For this purpose an existing line field OCT was adapted for high resolution and high speed imaging, further called system 1. Another system with a novel line field en-face OCT technique was developed for high speed en-face frames further called system 2. The central wavelength used for both systems was 840 nm with a bandwidth of 50 nm. System 1 is a spectral domain (SD) line field OCT system with a field of view of 2x1. A 2d CMOS camera was used to sample both spatial and spectral dimensions, such 1 frame equals 1 tomogram. By reducing the region of interest (ROI) the frame rate could be increased to 2.5 kHz, which is sufficient for phase stable imaging of the whole 3d volume in-vivo. The measured sensitivity of this system was 92 dB. Phase stability over the whole volume enables analysing the wavefront or the spatial distribution of the backscattered light. Wavefront analysis is important for defocus and aberration corrections and of particular interest when going to high resolution imaging of single cells. It further enables generating a full aberration corrected volume, where maximum resolution is achieved for all different layers at once. Analysing the spatial distribution synthetic subapertures can be applied for angle independent Doppler flow calculations. Digital aberration correction (DAC) is successfully presented for the human retina in-vivo showing detailed cone photoreceptor images, allowing cellular monitoring. A new approach based on synthetic apertures additionally allows angle independent flow calculations which are important to analyse for various eye diseases. Additionally, a novel en-face OCT technique is demonstrated, enabling high speed en-face frames for DAC as well as en-face Doppler calculations. The main focus was to develop a low-cost high resolution OCT system using digital correction techniques in contrast to commercial systems, which typically use technologically complicated and expensive hardware-based adaptive optics correction schemes. These digital techniques come for free, they only demand a phase stable acquisition (e.q. high speed).Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des VerfassersArbeit an der Bibliothek noch nicht eingelangt - Daten nicht geprüftMedizinische Universität Wien, Diss., 2019(VLID)363354

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en-face OCT video with 100 Hz frame rat

Fast Inline Microscopic Computational Imaging

Inline inspection is becoming an essential tool for industrial high-quality production. Unfortunately, the desired acquisition speeds and needs for high-precision imaging are often at the limit of what is physically possible, such as a large field of view at a high spatial resolution. In this paper, a novel light-field and photometry system is presented that addresses this trade off by combining microscopic imaging with special projection optics to generate a parallax effect. This inline microscopic system, together with an image processing pipeline, delivers high-resolution 3D images at high speeds, by using a lateral transport stage changing the optical perspective. Scanning speeds of up to 12 mm/s can be achieved at a depth resolution of 2.8 μm and a lateral sampling of 700 nm/pixel, suitable for inspection in high-quality manufacturing industry

Wide-Field OCT Angiography at 400 KHz Utilizing Spectral Splitting

Optical angiography systems based on optical coherence tomography (OCT) require dense sampling in order to maintain good vascular contrast. We demonstrate a way to gain acquisition speed and spatial sampling by using spectral splitting with a swept source OCT system. This method splits the recorded spectra into two to several subspectra. Using continuous lateral scanning, the lateral sampling is then increased by the same factor. This allows increasing the field of view of OCT angiography, while keeping the same transverse resolution and measurement time. The performance of our method is demonstrated in vivo at different locations of the human retina and verified quantitatively. Spectral splitting can be applied without any changes in the optical setup, thus offering an easy way to increase the field of view of OCT in general and in particular for OCT angiography

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RGB angio vide

Investigative Ophthalmology & Visual Science / Regional Patterns of Retinal Oxygen Saturation and Microvascular Hemodynamic Parameters Preceding Retinopathy in Patients With Type II Diabetes

Purpose: Alterations in retinal oxygen metabolism and retinal microcirculation are signs of impending diabetic retinopathy (DR). However, if specific retinal regions are primarily affected is so far unknown. The purpose of this study was to investigate if retinal oxygen saturation (SO2) and microvascular hemodynamic parameters follow a distinct regional pattern in patients with diabetes but no DR. Methods: Patients with type II diabetes without clinically apparent DR were imaged as follows: SO2 in peripapillary vessels was assessed with dual-wavelength oximetry. Optical coherence tomography angiography (OCTA) scans were acquired with a prototype system using a swept-source laser with an effective 400 kHz A-scan rate and 16 field of view. Regional flow indices termed “flux” were calculated for the peripapillary microvasculature. Parafoveal capillary density was evaluated with the commercially available AngioVue OCTA. Results: Twenty-nine eyes of 16 consecutive patients (59 10 years, 6 females) were included in this study. SO2 differed significantly between quadrants (P < 0.001), with a decreasing pattern from the upper nasal through the lower nasal, the upper temporal and the lower temporal quadrant in arterioles and venules. In contrast, peripapillary flux followed an increasing trend from nasally to temporally. Peripapillary and parafoveal microvascular hemodynamic parameters demonstrated no significant regional variability as observed for retinal oxygenation. Conclusions: Metabolic imaging identified regional differences in retinal SO2 without an associated topographic variance in microvascular hemodynamics in type II diabetes without DR. Future studies should focus on the mechanisms causing this heterogeneity in metabolic demand.(VLID)484332

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2nd subjec