[The world of light in diagnostic medicine : Current developments in optical imaging]

Radiologie (Heidelb). 2022 Jun;62(6):511-518. doi: 10.1007/s00117-022-01007-5. Epub 2022 May 20.
[Article in German]

Abstract

Optical imaging has always played a central role in the elucidation of biological and physiological mechanisms in modern biology and medicine. Based on the good experiences in light microscopy, sophisticated meso- and macroscopic optical imaging systems have recently been created. All optical imaging methods are characterized by high user-friendliness and sensitivity, they are associated with relatively low costs and do not require any radioactivity. Its clinical performance is seen in the intraoperative imaging of the tissue area to be removed and in the radiotracer-free diagnosis of diseases in body areas with good accessibility to light. From a pathomorphological point of view, the focus was particularly on the depiction of tumors and inflammation. Imaging detection of fluorescent dyes with emission characteristics in the near-infrared range of the spectrum is favorable in terms of a good signal-to-background ratio and improved information acquisition from greater tissue depths. A major challenge, however, is the diverse photon interactions with the tissue. Previous research and development work has produced various in vivo optical imaging methods, some of which are still in the experimental stage (e.g., fluorescence-mediated tomography, multispectral in vivo imaging, bioluminescence imaging, Raman spectroscopy), while others already have made their way into the clinical setting (e.g., fluorescence reflection imaging, optoacoustic imaging). The most important optical methods are presented in this review article.

Die optische Bildgebung spielte immer schon eine zentrale Rolle bei der Aufklärung von biologischen und physiologischen Mechanismen in der modernen Biologie und Medizin. Ausgehend von den guten Erfahrungen in der Lichtmikroskopie, hat man in jüngster Zeit anspruchsvolle meso- und makroskopische optische Bildgebungssysteme geschaffen. Alle optischen Bildgebungsverfahren zeichnen sich durch hohe Benutzerfreundlichkeit und Empfindlichkeit aus, sie sind mit verhältnismäßig geringen Kosten verbunden und kommen ohne Radioaktivität aus. Ihre klinische Leistungsfähigkeit wird in der intraoperativen bildgebenden Darstellung des zu entfernenden Gewebeareals und in der Radiotracer-freien Diagnostik von Erkrankungen in Körperarealen mit guter Zugänglichkeit für Licht gesehen. Aus pathomorphologischer Sicht hat man sich dabei insbesondere auf die Darstellung von Tumoren und Entzündungen fokussiert. Im Sinne eines guten Signal-Hintergrund-Verhältnisses und eines verbesserten Informationsgewinns aus größeren Gewebetiefen ist die bildgebende Detektion von Fluoreszenzfarbstoffen mit Emissionsmerkmalen im nahen Infrarotbereich des Spektrums günstig. Eine große Herausforderung sind allerdings die vielseitigen Photoneninteraktionen mit dem Gewebe. Die bisherigen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten haben verschiedene optische In-vivo-Bildgebungsverfahren hervorgebracht, die teilweise noch im experimentellen Stadium sind (z. B. fluoreszenzvermittelte Tomographie, multispektrale In-vivo-Bildgebung, Biolumineszenz, Raman-Spektroskopie etc.), während andere schon den Einzug in die klinische Situation vollzogen haben (z. B. Fluoreszenz-Reflexionsbildgebung, optoakustische Bildgebung). Die wichtigsten optischen Verfahren werden in diesem Übersichtsartikel vorgestellt.

Keywords: Fluorescence; Optical imaging; Optoacoustics; Raman; Tomography.

Publication types

  • Review

MeSH terms

  • Fluorescent Dyes
  • Microscopy
  • Optical Imaging
  • Radiopharmaceuticals*
  • Tomography* / methods

Substances

  • Fluorescent Dyes
  • Radiopharmaceuticals