Optische Kohärenztomografie

Medizinische Expertise: Dr. med. Nonnenmacher
Qualitätssicherung: Dipl.-Biol. Elke Löbel, Dr. rer. nat. Frank Meyer

Letzte Aktualisierung am: 3. September 2026

Dieser Artikel wurde unter Maßgabe medizinischer Fachliteratur und wissenschaftlicher Quellen geprüft.

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Die optische Kohärenztomografie (OCT) als nichtinvasives bildgebendes Verfahren findet hauptsächlich Anwendung in der Medizin. Dabei bilden die unterschiedlichen Reflexions- und Streuungseigenschaften verschiedener Gewebe die Grundlage dieser Methode. Als relativ neues Verfahren etabliert sich die OCT derzeit auf immer mehr Anwendungsgebieten. In der Augenheilkunde gehört sie inzwischen zur Routinediagnostik.

Der Name beschreibt das Verfahren recht genau: "optisch", weil mit Licht gearbeitet wird, "Kohärenz", weil die Auswertung auf der Überlagerung von Lichtwellen beruht, und "Tomografie", weil daraus Schnittbilder entstehen. Im klinischen Alltag hat sich dafür die englische Abkürzung OCT für "optical coherence tomography" durchgesetzt.

Was ist die optische Kohärenztomografie?

Auf dem Gebiet der Augendiagnostik erweist sich die OCT als sehr vorteilhaft, hier wird hauptsächlich der Augenhintergrund mit OCT untersucht.

Die physikalische Grundlage der optischen Kohärenztomografie ist die Entstehung eines Interferenzmusters bei der Wellenüberlagerung von Referenzwellen mit reflektierten Wellen. Entscheidend ist die Kohärenzlänge des Lichtes.

Die Kohärenzlänge stellt den maximalen Laufzeitunterschied zweier Lichtstrahlen dar, die bei ihrer Überlagerung noch die Entstehung eines stabilen Interferenzmusters erlaubt. Bei der optischen Kohärenztomografie wird Licht mit geringer Kohärenzlänge mithilfe eines Interferometers dazu verwendet, die Entfernungen streuender Materialien zu bestimmen.

Dazu wird in der Medizin der zu untersuchende Körperbereich punktförmig abgetastet. Das Verfahren erlaubt eine gute Tiefenuntersuchung aufgrund der hohen Eindringtiefe (1-3 mm) der verwendeten Strahlung ins streuende Gewebe. Gleichzeitig besteht auch eine hohe axiale Auflösung bei hoher Messgeschwindigkeit. Die optische Kohärenztomografie stellt somit das optische Pendant der Sonografie dar.

Beschrieben wurde das Verfahren erstmals im Jahr 1991. Eine Arbeitsgruppe um David Huang und James G. Fujimoto stellte in der Zeitschrift "Science" ein Vorgehen vor, mit dem sich Querschnittsbilder aus biologischem Gewebe ohne Berührung und ohne Gewebeentnahme gewinnen lassen. Die zugrunde liegende Weißlichtinterferometrie war in der optischen Messtechnik bereits bekannt; neu war ihre Anwendung auf stark streuendes lebendes Gewebe. Von dort an verlief die Entwicklung ungewöhnlich rasch: Noch in den 1990er Jahren kamen erste augenärztliche Geräte auf den Markt, und mit dem Übergang zu den heute verbreiteten Bauarten stiegen Aufnahmegeschwindigkeit und Bildqualität noch einmal erheblich.

Der Vergleich mit der Ultraschalluntersuchung trägt weit, hat aber Grenzen. Beide Verfahren senden Wellen aus und werten aus, was zurückgeworfen wird; beide erzeugen daraus Schnittbilder. Weil Licht sich jedoch um ein Vielfaches schneller ausbreitet als Schall, lässt sich seine Laufzeit nicht unmittelbar messen - an ihre Stelle tritt die Auswertung des Interferenzmusters. Praktisch unterscheiden sich die beiden Verfahren in zwei Größen: Die OCT löst wesentlich feiner auf und macht dadurch die einzelnen Schichten eines Gewebes sichtbar, dringt dafür aber nur wenige Millimeter tief ein, während der Ultraschall ganze Organe erfasst. Bei der Untersuchung am Auge kommt hinzu, dass weder ein Kontaktgel noch eine Berührung des Gewebes nötig ist.

Auch die Bezeichnungen für die Bilder sind vom Ultraschall übernommen. Eine einzelne Tiefenmessung an einem Punkt heißt A-Scan; werden viele solcher Messungen entlang einer Linie aneinandergereiht, entsteht ein B-Scan, also ein Schnittbild. Legt das Gerät viele Schnittbilder nebeneinander, ergibt sich ein Datenblock, aus dem sich der untersuchte Bereich auch von oben betrachten und in beliebiger Richtung erneut aufschneiden lässt. Gerade das ist für die Beurteilung der Netzhaut entscheidend, weil sich krankhafte Veränderungen dort selten gleichmäßig über die gesamte Fläche verteilen.

Am Augenhintergrund erlaubt die OCT eine Darstellung der Netzhautschichten, die einem feingeweblichen Schnitt nahekommt, ohne dass Gewebe entnommen werden müsste; deshalb ist gelegentlich von einer optischen Biopsie die Rede. Der Augenarzt kann daran ablesen, ob sich Flüssigkeit in oder unter der Netzhaut angesammelt hat, ob sich Schichten voneinander gelöst haben, ob an der Stelle des schärfsten Sehens ein Loch entstanden ist und wie dick die Schicht der Nervenfasern am Sehnervenkopf ausfällt.

Funktion, Wirkung & Ziele

Das ist zum einen der Spektralbereich bei einer Wellenlänge von 800 nm. Dieser Spektralbereich liefert eine gute Auflösung. Zum anderen dringt Licht mit einer Wellenlänge von 1300 nm besonders tief ins Gewebe ein und erlaubt eine besonders gute Tiefenanalyse. Heute kommen vor allem zwei Anwendungsmethoden der OCT zum Einsatz, die Time Domain OCT Systeme und die Fourier Domain OCT Systeme. Bei beiden Systemen wird das Anregungslicht über ein Interferometer in Referenz- und Probenlicht aufgeteilt, wobei es mit der reflektierten Strahlung zur Interferenz kommt.

Durch laterale Ablenkung des Probestrahls über dem Untersuchungsgebiet werden Schnittbilder aufgenommen, die zu einer Gesamtaufnahme fusioniert werden. Das Time Domain OCT System basiert auf kurzkohärentem, breitbandigem Licht, welches nur dann ein Interferenzsignal erzeugt, wenn beide Armlängen des Interferometers übereinstimmen. So muss die Position des Referenzspiegels zur Bestimmung der Rückstreuamplitude durchfahren werden. Durch die mechanische Bewegung des Spiegels ist der Zeitaufwand für die Darstellung zu hoch, sodass diese Methode nicht zur schnellen Bildgebung geeignet ist.

Das alternative Verfahren der Fourier Domain OCT arbeitet nach dem Prinzip der spektralen Zerlegung des interferierten Lichtes. Damit wird gleichzeitig die gesamte Tiefeninformation aufgenommen und das Signal-zu-Rausch-Verhältnis wesentlich verbessert. Als Lichtquellen dienen breitbandige Superlumineszenzdioden oder durchstimmbare Laser, deren Lichtstrahl die zu untersuchenden Körperstellen schrittweise abtastet. Die Anwendungsgebiete der optischen Kohärenztomografie liegen vor allem in der Medizin und hier besonders in der Augenheilkunde, der Krebsdiagnostik und der Hautuntersuchung. Die unterschiedlichen Brechungsindizes an den Grenzflächen der betreffenden Gewebeabschnitte werden über die Interferenzmuster des reflektierten Lichtes mit dem Referenzlicht bestimmt und als Bild dargestellt.

In der Augenheilkunde wird hauptsächlich der Augenhintergrund untersucht. Konkurrierende Techniken, wie beispielsweise das Konfokalmikroskop, können die Schichtstruktur der Netzhaut nur unzureichend abbilden. Bei anderen Verfahren wird das menschliche Auge teilweise zu stark belastet. Gerade auf dem Gebiet der Augendiagnostik erweist sich daher die OCT als sehr vorteilhaft, zumal auch das berührungslose Messen Infektionsrisiken und psychische Belastungen weitgehend vermeidet. Zurzeit eröffnen sich für die OCT neue Perspektiven auf dem Gebiet der kardiovaskulären Bildgebung.

Die intravaskuläre optische Kohärenztomografie basiert auf dem Einsatz von Infrarotlicht. Hier liefert die OCT Informationen über Plaques, Dissektionen, Thromben oder auch Stentdimensionen. Außerdem dient sie auch zur Charakterisierung von morphologischen Veränderungen der Blutgefäße. Neben medizinischen Anwendungen erobert die optische Kohärenztomografie zunehmend auch Anwendungsgebiete in der Materialprüfung, für die Überwachung von Produktionsprozessen oder in der Qualitätskontrolle.

Für die medizinische Anwendung lohnt ein genauerer Blick auf die Gerätetechnik: Innerhalb der Fourier-Domain-Technik werden zwei Bauarten unterschieden. Bei der einen zerlegt ein Spektrometer das zurückkommende Licht in seine Wellenlängen und nimmt das gesamte Spektrum auf einmal auf. Bei der anderen wird stattdessen die Wellenlänge der Lichtquelle sehr rasch durchgestimmt und das Signal zeitlich aufgelöst gemessen. Die zweite Bauart arbeitet meist mit längerwelligem Licht; sie kommt deshalb besser durch getrübte Medien hindurch und stellt auch die unter der Netzhaut liegende Aderhaut zuverlässiger dar. In der augenärztlichen Anwendung haben beide die ältere Time-Domain-Technik weitgehend abgelöst.

Eine jüngere Weiterentwicklung ist die OCT-Angiographie. Sie kommt ohne ein in die Vene gespritztes Kontrastmittel aus: Statt einen Farbstoff sichtbar zu machen, wird dieselbe Stelle mehrfach kurz hintereinander abgetastet und werden die Aufnahmen miteinander verglichen. Wo Blut fließt, verändert sich das Signal von Messung zu Messung; wo Gewebe ruht, bleibt es gleich. Aus diesem Unterschied entsteht eine Karte der durchströmten Gefäße. Gegenüber der herkömmlichen Angiographie mit Farbstoff entfällt damit das Risiko einer Unverträglichkeitsreaktion. Dafür erfasst das Verfahren nur einen begrenzten Ausschnitt, und es zeigt nicht, ob Flüssigkeit aus undichten Gefäßen austritt - was je nach Fragestellung gerade der entscheidende Befund sein kann.

Innerhalb der Augenheilkunde haben sich mehrere feste Anwendungsgebiete herausgebildet. Bei der Makuladegeneration im Alter dient die OCT sowohl der Unterscheidung der Verlaufsformen als auch der Steuerung der Behandlung: Ob eine weitere Spritze in das Auge nötig ist, entscheidet sich wesentlich daran, ob sich erneut Flüssigkeit nachweisen lässt. Bei der diabetischen Netzhauterkrankung lässt sich ein Makulaödem, also eine Schwellung an der Stelle des schärfsten Sehens, früher und zuverlässiger erkennen als bei der bloßen Betrachtung des Augenhintergrundes. Beim Glaukom wird die Dicke der Nervenfaserschicht rund um den Sehnerv vermessen und über die Jahre verglichen, weil deren Abnahme einem messbaren Ausfall im Gesichtsfeld vorausgehen kann. Und bei einer beginnenden Netzhautablösung oder bei einer Verziehung der Netzhaut durch Narbengewebe zeigt der Schnitt unmittelbar, welche Schichten betroffen sind.

Neben dem Augenhintergrund lässt sich auch der vordere Teil des Auges darstellen. Hier dient die OCT der Vermessung der Hornhaut vor und nach Eingriffen, der Beurteilung des Kammerwinkels, über den das Kammerwasser abfließt, sowie der Anpassung von Kontaktlinsen. Für den Patienten läuft die Untersuchung unspektakulär ab: Er sitzt vor dem Gerät, stützt Kinn und Stirn ab und blickt auf einen Fixierpunkt, während die Aufnahmen selbsttätig entstehen. Sie dauert in aller Regel nur wenige Minuten.

Außerhalb der Augenheilkunde ist die Kardiologie das am weitesten entwickelte Anwendungsgebiet. Die Sonde wird dabei im Rahmen einer Herzkatheteruntersuchung in ein Herzkranzgefäß eingeführt, meist bei bekannter koronarer Herzkrankheit. Weil Blut das Licht stark streut, muss es für die Aufnahme kurzzeitig verdrängt werden, üblicherweise durch eine Spülung. Die Bilder zeigen den Aufbau der Gefäßwand bei Arteriosklerose feiner, als es der Ultraschall aus dem Gefäßinneren vermag, und sie machen sichtbar, ob ein Stent überall an der Wand anliegt - eine Frage, die für den weiteren Verlauf nach einer Gefäßaufdehnung Bedeutung hat. In der Zahnheilkunde wird die OCT für die Beurteilung von Zahnhartsubstanz und Füllungsrändern erprobt, in der Hautheilkunde für die Abgrenzung hellen Hautkrebses, in der Magen-Darm-Heilkunde in Verbindung mit der Endoskopie.

Risiken, Nebenwirkungen & Gefahren

Die eingesetzte elektromagnetische Strahlung entspricht weitgehend den Frequenzbereichen, denen der Mensch täglich ausgesetzt ist. Ein großer Vorteil der OCT ist auch, dass die Tiefenauflösung nicht von der transversalen Auflösung abhängig ist. Die in der klassischen Mikroskopie angewandten Dünnschnitte fallen dadurch weg, weil das Verfahren auf rein optischer Reflexion beruht. So können durch die große Eindringtiefe der verwendeten Strahlung mikroskopische Bilder im lebenden Gewebe erzeugt werden.

Das Wirkungsprinzip des Verfahrens ist sehr selektiv, sodass auch bereits sehr kleine Signale detektiert und einer bestimmten Tiefe zugeordnet werden können. Deswegen eignet sich die OCT auch besonders gut dafür, lichtempfindliche Gewebe zu untersuchen. Beschränkungen des Einsatzes der OCT ergeben sich durch die wellenlängenabhängige Eindringtiefe der elektromagnetischen Strahlung und die bandbreitenabhängige Auflösung. Allerdings wurden seit dem Jahre 1996 Breitband-Laser entwickelt, welche die Tiefenauflösung noch weiter verbessert haben.

So können seit der Entwicklung der UHR-OCT (ultra-high resolution OCT) sogar subzelluläre Strukturen in menschlichen Krebszellen dargestellt werden. Da die OCT ein vergleichsweise junges Verfahren ist, sind noch nicht alle Möglichkeiten ausgeschöpft. Für die Beurteilung des Augenhintergrundes werden die Pupillen je nach Gerät und Fragestellung zuvor mit Augentropfen erweitert; das Sehen ist dann für einige Stunden unscharf und die Fahrtüchtigkeit eingeschränkt. Attraktiv ist die optische Kohärenztomografie aber deshalb, weil sie den Körper kaum belastet, eine sehr hohe Auflösung besitzt und sehr schnell ist.

So schonend die Untersuchung am Auge ist, so klar sind ihre Grenzen. Das Licht muss auf seinem Weg zur Netzhaut die durchsichtigen Teile des Auges durchqueren; sind diese getrübt, verschlechtert sich die Bildqualität, und die Aufnahme kann ganz misslingen. Das betrifft vor allem eine fortgeschrittene Linsentrübung (Katarakt), eine Trübung des Glaskörpers und Blutungen im Augeninneren - also ausgerechnet Situationen, in denen der Blick auf die Netzhaut ohnehin erschwert ist. Auch eine sehr enge Pupille, unruhige Augenbewegungen und die Unfähigkeit, den Fixierpunkt einige Sekunden lang zu halten, führen zu unscharfen oder verzerrten Bildern; bei ausgeprägten Sehstörungen gelingt die Fixierung mitunter gar nicht mehr.

Eine zweite Fehlerquelle liegt nicht im Gerät, sondern in der Auswertung. Die Software erkennt die einzelnen Netzhautschichten selbsttätig und berechnet daraus Dickenwerte. Bei ungewöhnlichem Aufbau oder schlechter Bildqualität kann diese automatische Zuordnung danebengreifen, und die ausgegebene Zahl weicht dann von dem ab, was das Bild tatsächlich zeigt. Der Befund muss deshalb am Bild überprüft und nicht allein an der Messtabelle abgelesen werden. Hinzu kommt, dass sich die Werte verschiedener Hersteller nicht ohne Weiteres ineinander umrechnen lassen: Für Verlaufskontrollen über Jahre sollte möglichst dasselbe Gerät verwendet werden.

Ein OCT-Bild ist außerdem ein Befund und noch keine Diagnose. Abweichungen von den im Gerät hinterlegten Vergleichswerten kommen auch bei gesunden Augen vor, etwa bei starker Kurzsichtigkeit oder bei ungewöhnlich geformtem Sehnervenkopf; umgekehrt können sie fehlen, obwohl eine Erkrankung vorliegt. Die Einordnung bleibt dem Arzt vorbehalten, der Vorgeschichte, Sehschärfe, Augendruck und den Eindruck bei der Spiegelung des Augenhintergrundes mit heranzieht. Ob und in welchen Fällen die gesetzliche Krankenversicherung die Kosten übernimmt, hängt von der Fragestellung ab und sollte vor der Untersuchung geklärt werden.

Deutlich anders liegen die Verhältnisse bei den Anwendungen im Inneren von Gefäßen. Dort ist nicht die Bildgebung der belastende Teil, sondern der Weg dorthin: Die Untersuchung findet im Rahmen einer Herzkatheteruntersuchung statt und trägt deren Risiken mit. Hinzu kommt die Spülung des Gefäßes, die die Durchblutung des Herzmuskels vorübergehend vermindern und dabei Beschwerden oder Herzrhythmusstörungen auslösen kann. Der Einsatz wird deshalb im Einzelfall gegen den erwarteten Erkenntnisgewinn abgewogen und nicht bei jeder Katheteruntersuchung vorgenommen.

Quellen

• Lang, G. K., Lang, S. J., Lang, G. E.: Augenheilkunde.
  ISBN: 9783132454446

• Reiser, M., Kuhn, F.-P., Debus, J.: Duale Reihe Radiologie.
  ISBN: 9783132444621

• Zechmann, C., Biedenstein, S., Giesel, F. L.: BASICS Bildgebende Verfahren.
  ISBN: 9783437414732

• Berlit, P. (Hrsg.): Klinische Neurologie.
  ISBN: 9783662606759

• Pschyrembel, W.: Pschyrembel Klinisches Wörterbuch.
  ISBN: 9783110783346

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