Technologia obrazowania OCT

Budowa i podstawowe zasady optycznej tomografii koherencyjnej.

Optyczna tomografia koherentnaopiera się na zasadzie interferometru, wykorzystuje słabe spójne światło bliskiej podczerwieni do naświetlania testowanej tkanki i generuje zakłócenia w oparciu o spójność światła. Wykorzystuje technologię wykrywania superheterodynów do pomiaru intensywności odbitego światła do powierzchownego obrazowania tkanek. . System OCT składa się ze źródła światła o niskiej koherencji, światłowodowego interferometru Michelsona i fotoelektrycznego systemu detekcji.

Rdzeniem OCT jest światłowodowy interferometr Michelsona. Światło emitowane przez diodę superluminescencyjną (SLD) o niskiej koherencji jest sprzęgane ze włóknem jednomodowym i dzielone na dwie ścieżki przez sprzęgacz światłowodowy 2×2. Jednym ze sposobów jest światło odniesienia, które jest kolimowane przez soczewkę i zwracane z lustra płaskiego. ; Drugi to wiązka próbkująca skupiona przez obiektyw na badanej próbce.

Światło odniesienia zwrócone przez odbłyśnik i światło rozproszone wstecznie badanej próbki zlewają się na detektorze. Gdy różnica ścieżek optycznych między nimi mieści się w długości koherencji źródła światła, pojawia się interferencja. Sygnał wyjściowy detektora odzwierciedla rozproszenie wsteczne ośrodka. W kierunku intensywności rozpraszania.

Zeskanuj lustro i zapisz jego położenie w przestrzeni, tak aby światło odniesienia zakłócało wstecznie rozproszone światło z różnych głębokości w ośrodku. Zgodnie z położeniem lustra i odpowiednią intensywnością sygnału interferencyjnego uzyskuje się dane pomiarowe o różnych głębokościach (kierunek z) próbki. Następnie, w połączeniu ze skanowaniem wiązki próbkującej w płaszczyźnie x-y, wynik jest przetwarzany przez komputer w celu uzyskania informacji o trójwymiarowej strukturze próbki.

Rozwój technologii obrazowania OCT

Dzięki szerokiemu zastosowaniu ultradźwięków w dziedzinie okulistyki ludzie mają nadzieję na opracowanie metody wykrywania o wyższej rozdzielczości. Pojawienie się Biomikroskopu Ultradźwiękowego (UBM) w pewnym stopniu spełnia ten wymóg. Może wykonywać obrazowanie przedniego odcinka w wysokiej rozdzielczości za pomocą fal dźwiękowych o wyższej częstotliwości. Jednak ze względu na szybkie tłumienie fal dźwiękowych o wysokiej częstotliwości w tkankach biologicznych głębokość jego wykrywania jest w pewnym stopniu ograniczona. Jeśli zamiast fal dźwiękowych stosuje się fale świetlne, czy wady można skompensować?

W 1987 Takada i in. opracował optyczną metodę interferometrii o niskiej koherencji, która została rozwinięta w metodę pomiaru optycznego o wysokiej rozdzielczości z wykorzystaniem światłowodów i elementów optoelektronicznych; Youngquist i in. opracowali optyczny spójny reflektometr, którego źródłem światła jest super-dioda emitująca światło bezpośrednio połączona ze światłowodem. Jedno ramię przyrządu zawierające zwierciadło referencyjne znajduje się wewnątrz, natomiast światłowód w drugim ramieniu jest podłączony do urządzenia przypominającego kamerę. Stworzyły one teoretyczne i techniczne podstawy powstania KTZ.

W 1991 roku David Huang, chiński naukowiec z MIT, użył opracowanego OCT do pomiaru izolowanej siatkówki i tętnic wieńcowych. Ponieważ OCT ma niespotykanie wysoką rozdzielczość, podobną do biopsji optycznej, szybko został opracowany do pomiaru i obrazowania tkanek biologicznych.

Ze względu na właściwości optyczne oka technologia OCT rozwija się najszybciej w zastosowaniach klinicznych okulistyki. Przed 1995 rokiem naukowcy, tacy jak Huang, wykorzystywali OCT do pomiaru i obrazowania tkanek, takich jak siatkówka, rogówka, komora przednia i tęczówka ludzkich oczu in vitro i in vivo, stale ulepszając technologię OCT. Po kilku latach udoskonaleń system OCT został udoskonalony i rozwinięty w praktyczne klinicznie narzędzie do wykrywania, przekształcony w instrument komercyjny i ostatecznie potwierdził swoją wyższość w obrazowaniu dna oka i siatkówki. OCT został oficjalnie wykorzystany w klinikach okulistycznych w 1995 roku.

W 1997 roku OCT był stopniowo stosowany w dermatologii, badaniach przewodu pokarmowego, układu moczowego i sercowo-naczyniowego. OCT przełyku, przewodu pokarmowego, układu moczowego i OCT układu krążenia to wszystkie badania inwazyjne, podobne do endoskopów i cewników, ale o wyższej rozdzielczości i umożliwiające obserwację ultrastruktur. OCT skóry to kontrola kontaktu, można również zaobserwować ultrastrukturę.

Początkowym OCT stosowanym w praktyce klinicznej jest OCT1, który składa się z konsoli i konsoli zasilania. Konsola zawiera komputer OCT, monitor OCT, panel sterowania i ekran monitorowania; elektrownia zawiera system obserwacji dna oka oraz system kontroli światła interferencyjnego. Ponieważ konsola i platforma zasilania są stosunkowo niezależnymi urządzeniami, a oba są połączone przewodami, instrument ma większą objętość i większą przestrzeń.

Program do analizy OCT1 jest podzielony na przetwarzanie obrazu i pomiar obrazu. Przetwarzanie obrazu obejmuje standaryzację obrazu, kalibrację obrazu, kalibrację i standaryzację obrazu, wygładzanie Gaussa obrazu, wygładzanie mediany obrazu; procedury pomiaru obrazu są mniejsze, tylko pomiar grubości siatkówki i pomiar grubości warstwy włókien nerwowych siatkówki. Jednak ponieważ OCT1 ma mniej procedur skanowania i procedur analizy, został szybko zastąpiony przez OCT2.

OCT2 powstaje w wyniku aktualizacji oprogramowania na podstawie OCT1. Istnieją również instrumenty, które łączą konsolę i stół mocy w jedno, tworząc instrument OCT2. Przyrząd ten zmniejsza monitor obrazu i obserwuje obraz OCT oraz monitoruje pozycję skanowania pacjenta na tym samym ekranie komputera, ale działanie jest takie samo jak OCT1 Podobny, jest obsługiwany ręcznie na panelu sterowania.

Pojawienie się OCT3 w 2002 roku wyznaczyło nowy etap technologii OCT. Oprócz bardziej przyjaznego dla użytkownika interfejsu operacyjnego OCT3, wszystkie operacje można wykonywać na komputerze za pomocą myszy, a jego programy do skanowania i analizy stają się coraz doskonalsze. Co ważniejsze, rozdzielczość OCT3 jest wyższa, jego rozdzielczość osiowa wynosi ‰¤10 μm, a rozdzielczość poprzeczna 20 μm. Liczba próbek osiowych uzyskanych przez OCT3 wzrosła ze 128 do 768 w oryginalnym 1 A-skan. Dlatego całka OCT3 wzrosła z 131 072 do 786 432, a hierarchiczna struktura skanowanego obrazu przekroju poprzecznego jest wyraźniejsza.