Optična koherenčna tomografija

The optična koherenčna tomografija (OKT) se kot neinvazivna metoda slikanja uporablja predvsem v medicini. Različne odbojne in razpršene lastnosti različnih tkanin so osnova te metode. Kot relativno nova metoda se OCT trenutno uveljavlja na vedno več področjih uporabe.

Kaj je optična koherenčna tomografija?

Fizikalna osnova optične koherenčne tomografije je ustvarjanje interferenčnega vzorca, ko so referenčni valovi nameščeni na odbojne valove. Odločilni dejavnik je koherenčna dolžina svetlobe.

Koherenčna dolžina predstavlja največjo razliko v prehodnem času med dvema svetlobnima snopoma, ki še vedno omogoča nastanek stabilnega motečega vzorca. Optična koherenčna tomografija uporablja svetlobo s kratko koherenčno dolžino s pomočjo interferometra za določanje razdalj razpršilnih materialov.

V ta namen v medicini pregledujemo območje telesa, ki ga je treba pregledati, na točkah. Metoda omogoča dobro preiskavo globine zaradi velike globine penetracije (1-3 mm) sevanja, uporabljenega v razpršilnem tkivu. Obenem obstaja tudi velika osna ločljivost pri visoki merilni hitrosti. Optična koherenčna tomografija tako predstavlja optični koeficient sonografije.

Funkcija, učinek in cilji

Metoda optične koherenčne tomografije temelji na interferometriji bele svetlobe. Uporablja superpozicijo referenčne svetlobe z odbojno svetlobo, da oblikuje moten vzorec. Profil globine vzorca se lahko določi. Za medicino to pomeni pregled globljih odsekov tkiv, ki jih ni mogoče doseči s konvencionalno mikroskopijo. Za meritve sta posebej zanimiva dva obsega valovnih dolžin.

Po eni strani je to spektralno območje na valovni dolžini 800 nm, ki omogoča dobro ločljivost. Po drugi strani svetloba z valovno dolžino 1300 nm prodre še posebej globoko v tkivo in omogoča posebno dobro globinsko analizo. Danes se uporabljata dve glavni metodi uporabe OCT, sistemi OCT s časovno domeno in sistemi OCT domene Fourier. V obeh sistemih se vzbujevalna svetloba razdeli na referenčno in vzorčno svetlobo prek interferometra, pri čemer pride do motenj pri odsevanem sevanju.

S stranskim odklonom vzorčnega žarka nad preglednim območjem se posnamejo presečne slike, ki se združijo v celoten posnetek. Sistem Time Domain OCT temelji na kratkotrajni širokopasovni svetlobi, ki oddaja interferenčni signal le, če se obe dolžini kraka interferometra ujemata. Če želite določiti amplitudo hrbtnega števca, je treba skozi referenčni zrcalo prenesti položaj. Zaradi mehanskega gibanja ogledala je čas, potreben za prikaz, previsok, tako da ta metoda ni primerna za hitro slikanje.

Alternativna metoda Fourier Domain OCT deluje na principu spektralnega razkroja vmešane svetlobe. Hkrati se beležijo celotne informacije o globini in bistveno se izboljša razmerje med signalom in šumom. Laserji služijo kot viri svetlobe, ki postopoma pregledajo dele telesa, ki jih je treba pregledati. Področja uporabe optične koherenčne tomografije so predvsem v medicini, predvsem pa v oftalmologiji, diagnostiki raka in kožnih pregledih. Različni indeksi loma na vmesnikih zadevnih odsekov tkiva se določijo z interferenčnim vzorcem odbojne svetlobe z referenčno svetlobo in se prikažejo kot slika.

V oftalmologiji se v glavnem pregledajo fundusi. Tekmovalne tehnike, kot je konfokalni mikroskop, ne morejo ustrezno prikazati večplastne strukture mrežnice. Z drugimi metodami je človeško oko včasih preveč poudarjeno. Zlasti na področju očesne diagnostike se je OCT izkazal za zelo ugodno, še posebej, ker brezkontaktno merjenje izključuje tudi tveganje za okužbo in psihološki stres. Trenutno se za OCT odpirajo nove perspektive na področju slikanja srca in ožilja.

Intravaskularna optična koherenčna tomografija temelji na uporabi infrardeče svetlobe. Tukaj OCT vsebuje informacije o plakih, disekcijah, trombih ali celo o dimenzijah stenta. Uporablja se tudi za označevanje morfoloških sprememb krvnih žil. Poleg medicinskih aplikacij optična koherenčna tomografija vse bolj osvaja tudi področja uporabe pri preskušanju materialov, za spremljanje proizvodnih procesov ali pri nadzoru kakovosti.

Tveganja, neželeni učinki in nevarnosti

Optična koherenčna tomografija ima številne prednosti pred drugimi metodami. Gre za neinvaziven in brezkontaktni postopek. To omogoča prenašanje okužb in pojav psihološkega stresa v veliki meri. Poleg tega se v ČDO ne uporablja ionizirajoče sevanje.

Uporabljeno elektromagnetno sevanje v veliki meri ustreza frekvenčnim območjem, ki so jim ljudje vsakodnevno izpostavljeni. Druga velika prednost OCT je, da ločljivost globine ni odvisna od prečne ločljivosti. Tanki odseki, ki se uporabljajo v klasični mikroskopiji, niso več potrebni, ker postopek temelji na čisto optičnem odsevu. Velika globina penetracije uporabljenega sevanja omogoča ustvarjanje mikroskopskih slik v živem tkivu.

Načelo delovanja metode je zelo selektivno, tako da je mogoče zaznati in dodeliti določene globine celo zelo majhne signale. Zato je OCT še posebej primeren za pregled tkiva, občutljivega na svetlobo. Omejitve uporabe OCT so posledica globine penetracije elektromagnetnega sevanja in ločljivosti, ki je odvisna od pasovne širine. Vendar so širokopasovni laserji razviti od leta 1996, ki imajo še večjo globinsko ločljivost.

Od razvoja UHR-OCT (ultra visoke ločljivosti OCT) je bilo mogoče celo prikazati podcelične strukture v človeških rakavih celicah. Ker je OCT še vedno zelo mlad postopek, niso bile izčrpane vse možnosti. Optična koherenčna tomografija je privlačna, saj ne predstavlja nevarnosti za zdravje, ima zelo visoko ločljivost in je zelo hitra.