Optyczna tomografia koherentna

Plik optyczna tomografia koherentna (PAŹ) jako nieinwazyjna metoda obrazowania znajduje zastosowanie głównie w medycynie. Podstawę tej metody stanowią odmienne właściwości odbijania i rozpraszania różnych tkanin. Jako stosunkowo nowa metoda, OCT ugruntowuje swoją pozycję w coraz większej liczbie obszarów zastosowań.

Co to jest optyczna tomografia koherencyjna?

Fizyczną podstawą optycznej tomografii koherentnej jest tworzenie wzorca interferencyjnego, gdy fale odniesienia nakładają się na fale odbijane. Decydującym czynnikiem jest spójność długości światła.

Długość koherencji reprezentuje maksymalną różnicę w czasie przejścia między dwiema wiązkami światła, która po nałożeniu nadal pozwala na powstanie stabilnego wzoru interferencji. Optyczna tomografia koherencyjna wykorzystuje światło o małej długości koherencji za pomocą interferometru do określania odległości materiałów rozpraszających.

W tym celu w medycynie badany obszar ciała jest skanowany punktowo. Metoda pozwala na dobre badanie głębokości ze względu na dużą głębokość penetracji (1-3 mm) promieniowania stosowanego w rozpraszającej tkance. Jednocześnie istnieje również wysoka rozdzielczość osiowa przy dużej prędkości pomiaru. Optyczna tomografia koherentna jest zatem optycznym odpowiednikiem ultrasonografii.

Funkcja, efekt i cele

Metoda optycznej koherentnej tomografii opiera się na interferometrii światła białego. Wykorzystuje superpozycję światła referencyjnego ze światłem odbitym, aby utworzyć wzór interferencyjny. Można określić profil głębokości próbki. W medycynie oznacza to badanie głębszych skrawków tkanki, których nie można uzyskać za pomocą konwencjonalnej mikroskopii. W przypadku pomiarów szczególnie interesujące są dwa zakresy długości fal.

Z jednej strony jest to zakres widmowy przy długości fali 800 nm, który zapewnia dobrą rozdzielczość. Z drugiej strony światło o długości fali 1300 nm wnika szczególnie głęboko w tkankę i umożliwia szczególnie dobrą analizę głębokości. Obecnie stosowane są dwie główne metody aplikacji OCT, systemy OCT w dziedzinie czasu i systemy OCT w domenie Fouriera. W obu systemach światło wzbudzające jest dzielone na światło odniesienia i próbkę za pomocą interferometru, co powoduje interferencję z odbitym promieniowaniem.

Odchylając poprzecznie wiązkę próbki nad badanym obszarem, zapisywane są obrazy przekrojów, które są łączone w całościowy zapis. System Time Domain OCT oparty jest na krótko spójnym, szerokopasmowym świetle, które generuje sygnał interferencyjny tylko wtedy, gdy oba ramiona interferometru pasują do siebie. Aby określić amplitudę rozproszenia wstecznego, należy przejść przez położenie lustra odniesienia. Ze względu na mechaniczny ruch lustra czas potrzebny na wyświetlenie jest zbyt długi, więc ta metoda nie nadaje się do szybkiego obrazowania.

Alternatywna metoda Fouriera Domain OCT działa na zasadzie rozkładu widmowego zakłócanego światła. Cała informacja o głębokości jest rejestrowana w tym samym czasie, a stosunek sygnału do szumu jest znacznie poprawiony. Lasery służą jako źródła światła, które stopniowo skanują badane części ciała. Obszary zastosowań optycznej koherentnej tomografii znajdują się przede wszystkim w medycynie, a szczególnie w okulistyce, diagnostyce nowotworów i badaniach skóry. Różne współczynniki załamania światła na styku poszczególnych skrawków tkanki są określane za pomocą wzoru interferencyjnego światła odbitego ze światłem odniesienia i wyświetlane jako obraz.

W okulistyce bada się głównie dno oka. Konkurencyjne techniki, takie jak mikroskop konfokalny, nie są w stanie odpowiednio obrazować warstwowej struktury siatkówki. W przypadku innych zabiegów oko ludzkie jest czasami zbyt obciążone. Dlatego w szczególności w diagnostyce oka OCT okazał się bardzo korzystny, zwłaszcza że pomiar bezdotykowy wyklucza również ryzyko infekcji i stresu psychicznego. Obecnie otwierają się nowe perspektywy dla OCT w dziedzinie obrazowania układu sercowo-naczyniowego.

Wewnątrznaczyniowa optyczna tomografia koherentna opiera się na wykorzystaniu światła podczerwonego. Tutaj KTZ dostarcza informacji na temat blaszek, rozwarstwień, wymiarów skrzeplin lub stentu. Służy również do charakteryzowania zmian morfologicznych w naczyniach krwionośnych. Oprócz zastosowań medycznych, optyczna tomografia koherentna coraz częściej zdobywa obszary zastosowań w testowaniu materiałów, monitorowaniu procesów produkcyjnych czy kontroli jakości.

Ryzyko, skutki uboczne i niebezpieczeństwa

Optyczna tomografia koherentna ma wiele zalet w porównaniu z innymi metodami. Jest to zabieg nieinwazyjny i bezkontaktowy. Pozwala to w znacznym stopniu uniknąć przenoszenia infekcji i wystąpienia stresu psychicznego. Ponadto w OCT nie stosuje się promieniowania jonizującego.

Stosowane promieniowanie elektromagnetyczne w dużej mierze odpowiada zakresom częstotliwości, na które ludzie są codziennie narażeni. Kolejną wielką zaletą OCT jest to, że rozdzielczość głębi nie zależy od rozdzielczości poprzecznej. Cienkie skrawki używane w klasycznej mikroskopii nie są już potrzebne, ponieważ proces opiera się na czysto optycznym odbiciu. Duża głębokość wnikania zastosowanego promieniowania umożliwia generowanie obrazów mikroskopowych w żywej tkance.

Zasada działania metody jest bardzo selektywna, dzięki czemu nawet bardzo małe sygnały mogą być wykrywane i przypisywane do określonej głębokości. Dlatego OCT jest szczególnie odpowiedni do badania wrażliwej na światło tkanki. Ograniczenia w stosowaniu OCT wynikają z zależnej od długości fali głębokości wnikania promieniowania elektromagnetycznego oraz rozdzielczości zależnej od szerokości pasma. Jednak od 1996 roku opracowywane są lasery szerokopasmowe, które jeszcze bardziej poprawiły rozdzielczość głębi.

Od czasu opracowania UHR-OCT (OCT o ultrawysokiej rozdzielczości) możliwe było nawet wyświetlanie struktur subkomórkowych w ludzkich komórkach rakowych. Ponieważ OCT jest wciąż bardzo młodą procedurą, nie wszystkie możliwości zostały wyczerpane. Optyczna koherentna tomografia jest atrakcyjna, ponieważ nie stwarza zagrożenia dla zdrowia, ma bardzo wysoką rozdzielczość i jest bardzo szybka.