Optická koherentná tomografia

optická koherenčná tomografia (októbra), pretože neinvazívna zobrazovacia metóda sa používa hlavne v medicíne. Základom tejto metódy sú rôzne vlastnosti odrazu a rozptylu rôznych textílií. Ako pomerne nová metóda sa ZKÚ v súčasnosti etablovala vo stále viac a viac oblastiach použitia.

Čo je to optická koherenčná tomografia?

Fyzikálnym základom optickej koherenčnej tomografie je vytvorenie interferenčného vzoru, keď sú referenčné vlny navrstvené na odrazené vlny. Rozhodujúcim faktorom je koherentná dĺžka svetla.

Dĺžka koherencie predstavuje maximálny rozdiel v čase prepravy medzi dvoma svetelnými lúčmi, ktorý, keď je naskladaný, stále umožňuje vznik stabilného interferenčného obrazu. Optická koherenčná tomografia využíva svetlo s krátkou koherenčnou dĺžkou pomocou interferometra na určenie vzdialenosti rozptylových materiálov.

Na tento účel je v medicíne v určených miestach skenovaná oblasť tela, ktorá sa má vyšetriť. Tento spôsob umožňuje dobré skúmanie hĺbky kvôli vysokej hĺbke prieniku (1 až 3 mm) žiarenia použitého v rozptyľovacom tkanive. Súčasne existuje vysoké axiálne rozlíšenie pri vysokej meracej rýchlosti. Optická koherenčná tomografia tak predstavuje optický náprotivok sonografie.

Funkcia, účinok a ciele

Metóda optickej koherencie je založená na interferometrii bieleho svetla. Používa superpozíciu referenčného svetla so odrazeným svetlom na vytvorenie interferenčného vzoru. Môže sa určiť hĺbkový profil vzorky. Pre medicínu to znamená vyšetrenie hlbších častí tkaniva, ktoré sa nedajú dosiahnuť konvenčnou mikroskopiou. Pre merania sú zaujímavé najmä dva rozsahy vlnových dĺžok.

Na jednej strane je to spektrálny rozsah pri vlnovej dĺžke 800 nm, ktorý poskytuje dobré rozlíšenie. Na druhej strane svetlo s vlnovou dĺžkou 1300 nm preniká zvlášť hlboko do tkaniva a umožňuje zvlášť dobrú hĺbkovú analýzu. Dnes sa používajú dve hlavné aplikačné metódy OCT, OCT systémy v časovej doméne a OCT systémy Fourierovej domény. V obidvoch systémoch je excitačné svetlo rozdelené na referenčné a vzorkovacie svetlo pomocou interferometra, pričom dochádza k interferencii s odrazeným žiarením.

Bočným vychýlením lúča vzorky cez oblasť skúmania sa zaznamenajú obrázky v reze, ktoré sa zlúčia do celkového záznamu. Systém OCT v časovej doméne je založený na krátko koherentnom, širokopásmovom svetle, ktoré generuje interferenčný signál, len keď sa obe dĺžky ramena interferometra zhodujú. Na určenie amplitúdy spätného rozptylu sa musí prejsť poloha referenčného zrkadla. V dôsledku mechanického pohybu zrkadla je čas potrebný na zobrazenie príliš vysoký, takže tento spôsob nie je vhodný na rýchle zobrazenie.

Alternatívna metóda OCT s Fourierovou doménou funguje na princípe spektrálneho rozkladu interferovaného svetla. Súčasne sa zaznamenávajú informácie o celej hĺbke a výrazne sa zlepšuje pomer signálu k šumu. Lasery slúžia ako svetelné zdroje, ktoré postupne skenujú časti tela, ktoré sa majú vyšetriť. Oblasti aplikácie optickej koherenčnej tomografie sú predovšetkým v medicíne a tu najmä v oftalmológii, diagnostike rakoviny a kožných vyšetreniach. Rôzne indexy lomu na rozhraniach príslušných častí tkaniva sa určujú interferenčným obrazcom odrazeného svetla s referenčným svetlom a zobrazujú sa ako obrázok.

V oftalmológii sa vyšetruje hlavne fundus. Konkurenčné techniky, ako napríklad konfokálny mikroskop, nemôžu adekvátne zobraziť vrstvenú štruktúru sietnice. Pri iných postupoch je ľudské oko niekedy príliš namáhané. Najmä v oblasti diagnostiky očí sa preto OCT ukázala ako veľmi výhodná, najmä preto, že bezkontaktné meranie vylučuje aj riziko infekcie a psychologického stresu. V súčasnosti sa otvárajú nové perspektívy pre ZKÚ v oblasti kardiovaskulárneho zobrazovania.

Intravaskulárna tomografia optickej koherencie je založená na použití infračerveného svetla. Tu OCT poskytuje informácie o plakoch, disekciách, tromboch alebo rozmeroch stentu. Používa sa tiež na charakterizáciu morfologických zmien krvných ciev. Okrem medicínskych aplikácií si optická koherentná tomografia čoraz viac podmanuje oblasti použitia pri testovaní materiálov, pri monitorovaní výrobných procesov alebo pri kontrole kvality.

Riziká, vedľajšie účinky a nebezpečenstvá

Optická koherentná tomografia má oproti iným metódam mnoho výhod. Je to neinvazívny a bezkontaktný postup. To umožňuje vyhnúť sa prenosu infekcií a vzniku psychického stresu. Okrem toho sa v OCT nepoužíva žiadne ionizujúce žiarenie.

Použité elektromagnetické žiarenie do značnej miery zodpovedá frekvenčným rozsahom, ktorým sú ľudia denne vystavení. Ďalšou veľkou výhodou ZKÚ je to, že hĺbkové rozlíšenie nezávisí od priečneho rozlíšenia. Tenké rezy používané v klasickej mikroskopii už nie sú potrebné, pretože proces je založený na čisto optickom odraze. Veľká hĺbka prieniku použitého žiarenia umožňuje vytváranie mikroskopických obrazov v živom tkanive.

Princíp činnosti metódy je veľmi selektívny, takže je možné detegovať aj veľmi malé signály a priradiť ich do určitej hĺbky. Z tohto dôvodu je OCT zvlášť vhodný na vyšetrenie tkaniva citlivého na svetlo. Obmedzenia použitia OCT vyplývajú z hĺbky prenikania elektromagnetického žiarenia v závislosti od vlnovej dĺžky a rozlíšenia závislého od šírky pásma. Širokopásmové lasery sa však vyvíjajú od roku 1996, ktoré ešte ďalej zlepšujú hĺbkové rozlíšenie.

Od vývoja UHR-OCT (OCT s ultravysokým rozlíšením) bolo dokonca možné ukázať subcelulárne štruktúry v ľudských rakovinových bunkách. Keďže ZKÚ je stále veľmi mladý postup, nevyčerpali sa všetky možnosti. Optická koherentná tomografia je atraktívna, pretože nepredstavuje zdravotné riziko, má veľmi vysoké rozlíšenie a je veľmi rýchla.