Технологія зображення OCT

Будова та основні принципи оптичної когерентної томографії.

Оптична когерентна томографіязаснований на принципі інтерферометра, використовує слабке когерентне світло ближнього інфрачервоного випромінювання для опромінення досліджуваної тканини і створює перешкоди на основі когерентності світла. Він використовує технологію супергетеродинного виявлення для вимірювання інтенсивності відбитого світла для поверхневої візуалізації тканин. . Система OCT складається з джерела світла з низькою когерентністю, волоконно-оптичного інтерферометра Майкельсона та фотоелектричної системи виявлення.

Ядром OCT є волоконний інтерферометр Майкельсона. Світло, яке випромінює суперлюмінесцентний діод (SLD) джерела світла з низькою когерентністю, з’єднується з одномодовим волокном і розділяється на два шляхи волоконним з’єднувачем 2×2. Одним із способів є опорне світло, яке колімується лінзою і повертається від плоского дзеркала. ; Іншим є вибірковий промінь, сфокусований лінзою на досліджуваний зразок.

Референтне світло, яке повертає відбивач, і світло, розсіяне назад досліджуваного зразка, зливаються на детекторі. Коли різниця оптичних шляхів між ними знаходиться в межах довжини когерентності джерела світла, виникає інтерференція. Вихідний сигнал детектора відображає зворотне розсіювання середовища. У бік інтенсивності розсіювання.

Скануйте дзеркало і запишіть його просторове положення, щоб опорне світло заважало розсіяному світлу з різної глибини в середовищі. Відповідно до положення дзеркала та відповідної інтенсивності інтерференційного сигналу отримують дані вимірювання різних глибин (з-напрямку) зразка. Потім у поєднанні зі скануванням променя вибірки в площині x-y результат обробляється комп’ютером для отримання інформації про тривимірну структуру зразка.

Розвиток технології ОКТ-візуалізації

З широким застосуванням ультразвуку в області офтальмології люди сподіваються розробити метод виявлення з більш високою роздільною здатністю. Поява ультразвукового біомікроскопа (УБМ) певною мірою відповідає цій вимозі. Він може виконувати зображення з високою роздільною здатністю переднього сегмента за допомогою звукових хвиль більш високої частоти. Однак через швидке загасання високочастотних звукових хвиль у біологічних тканинах глибина їх виявлення певною мірою обмежена. Якщо замість звукових використовуються світлові хвилі, чи можна компенсувати дефекти?

У 1987 р. Такада та ін. розроблено метод оптичної низькокогерентної інтерферометрії, який був розроблений в метод оптичного вимірювання високої роздільної здатності з підтримкою волоконної оптики та оптоелектронних компонентів; Янгквіст та ін. розробив оптичний когерентний рефлектометр, джерелом світла якого є суперсвітловипромінюючий діод, безпосередньо підключений до оптичного волокна. Одне плече приладу, що містить еталонне дзеркало, розташоване всередині, а оптичне волокно в іншому плечі підключено до пристрою, схожого на камеру. Вони заклали теоретичну та технічну основу для появи ОКТ.

У 1991 році Девід Хуанг, китайський вчений з Массачусетського технологічного інституту, використав розроблений ОКТ для вимірювання ізольованої сітківки та коронарних артерій. Оскільки ОКТ має безпрецедентно високу роздільну здатність, подібну до оптичної біопсії, її швидко розробили для вимірювання та візуалізації біологічних тканин.

Завдяки оптичним характеристикам ока технологія ОКТ розвивається найшвидше в офтальмологічних клінічних застосуваннях. До 1995 року такі вчені, як Хуан, використовували ОКТ для вимірювання та зображення таких тканин, як сітківка, рогівка, передня камера та райдужна оболонка людських очей in vitro та in vivo, постійно вдосконалюючи технологію ОКТ. Після кількох років удосконалення система ОКТ була додатково вдосконалена та розвинена в клінічно практичний інструмент виявлення, перетворена в комерційний інструмент і нарешті підтвердила свою перевагу в області візуалізації очного дна та сітківки. ОКТ офіційно використовувався в офтальмологічних клініках у 1995 році.

У 1997 році ОКТ поступово почали використовувати в дерматології, дослідженнях травного тракту, сечовидільної системи та серцево-судинних досліджень. ОКТ стравоходу, шлунково-кишкового тракту, сечовидільної системи та ОКТ серцево-судинної системи є інвазивними дослідженнями, подібними до ендоскопів і катетерів, але з більш високою роздільною здатністю і дозволяють спостерігати ультраструктури. ОКТ шкіри – це контактний огляд, також можна спостерігати ультраструктуру.

Початковим OCT, який використовується в клінічній практиці, є OCT1, який складається з консолі та консолі живлення. Консоль містить комп’ютер OCT, монітор OCT, панель керування та екран моніторингу; електростанція включає в себе систему спостереження за очним дном і систему керування інтерференційним світлом. Оскільки консоль і силова платформа є відносно незалежними пристроями, і вони з’єднані між собою проводами, інструмент має більший об’єм і більший простір.

Програма аналізу OCT1 поділяється на обробку зображень і вимірювання зображення. Обробка зображень включає стандартизацію зображення, калібрування зображення, калібрування та стандартизацію зображення, гауссове згладжування зображення, медіанне згладжування зображення; Процедури вимірювання зображення менші, лише вимірювання товщини сітківки та вимірювання товщини шару нервового волокна сітківки. Однак, оскільки OCT1 має менше процедур сканування та процедур аналізу, його швидко замінили на OCT2.

OCT2 формується шляхом оновлення програмного забезпечення на основі OCT1. Є також деякі інструменти, які об’єднують консоль і таблицю живлення в один, щоб утворити інструмент OCT2. Цей інструмент зменшує монітор зображення та спостерігає за зображенням OCT та контролює позицію сканування пацієнта на тому ж екрані комп’ютера, але операція така ж, як і OCT1.

Поява OCT3 в 2002 році ознаменувала новий етап технології OCT. На додаток до більш зручного інтерфейсу операцій OCT3, усі операції можна виконувати на комп’ютері за допомогою миші, а його програми для сканування та аналізу стають все досконалішими. Що ще важливіше, роздільна здатність OCT3 вища, його осьова роздільна здатність становить ≤10 μm, а роздільна здатність – 20 μm. Кількість осьових зразків, отриманих за допомогою OCT3, збільшилася зі 128 до 768 в оригінальному 1 A-скануванні. Таким чином, інтеграл OCT3 збільшився з 131 072 до 786 432, і ієрархічна структура зображення поперечного зрізу сканованої тканини стає чіткішою.