Τεχνολογία απεικόνισης OCT

Η δομή και οι βασικές αρχές της οπτικής τομογραφίας συνοχής.

Οπτική τομογραφία συνοχήςβασίζεται στην αρχή του συμβολόμετρου, χρησιμοποιεί ασθενές συνεκτικό φως κοντά στο υπέρυθρο για να ακτινοβολήσει τον ιστό που πρόκειται να δοκιμαστεί και δημιουργεί παρεμβολές με βάση τη συνοχή του φωτός. Χρησιμοποιεί τεχνολογία ανίχνευσης υπερετερόδυνης για τη μέτρηση της έντασης του ανακλώμενου φωτός για επιφανειακή απεικόνιση ιστού. . Το σύστημα OCT αποτελείται από μια πηγή φωτός χαμηλής συνοχής, ένα συμβολόμετρο Michelson με οπτικές ίνες και ένα φωτοηλεκτρικό σύστημα ανίχνευσης.

Ο πυρήνας του OCT είναι το συμβολόμετρο ίνας Michelson. Το φως που εκπέμπεται από τη δίοδο υπερφωταύγειας πηγής φωτός χαμηλής συνοχής (SLD) συζευγνύεται στην ίνα μονής λειτουργίας και χωρίζεται σε δύο διαδρομές από τον συζεύκτη ινών 2×2. Ένας τρόπος είναι το φως αναφοράς που ευθυγραμμίζεται από τον φακό και επιστρέφει από τον επίπεδο καθρέφτη. ; Το άλλο είναι η δέσμη δειγματοληψίας που εστιάζεται από τον φακό στο υπό δοκιμή δείγμα.

Το φως αναφοράς που επιστρέφει ο ανακλαστήρας και το οπισθοσκέδαστο φως του υπό δοκιμή δείγματος συγχωνεύονται στον ανιχνευτή. Όταν η διαφορά οπτικής διαδρομής μεταξύ των δύο είναι εντός του μήκους συνοχής της πηγής φωτός, εμφανίζεται παρεμβολή. Το σήμα εξόδου του ανιχνευτή αντανακλά την οπισθοσκέδαση του μέσου. Προς ένταση διασποράς.

Σαρώστε τον καθρέφτη και καταγράψτε τη θέση του στο χώρο, έτσι ώστε το φως αναφοράς να παρεμβαίνει στο φως που διαχέεται πίσω από διαφορετικά βάθη στο μέσο. Σύμφωνα με τη θέση του καθρέφτη και την αντίστοιχη ένταση του σήματος παρεμβολής, λαμβάνονται τα δεδομένα μέτρησης διαφορετικών βάθους (κατεύθυνση z) του δείγματος. Στη συνέχεια, σε συνδυασμό με τη σάρωση της δέσμης δειγματοληψίας στο επίπεδο x-y, το αποτέλεσμα επεξεργάζεται από τον υπολογιστή για να ληφθούν οι τρισδιάστατες πληροφορίες δομής του δείγματος.

Η ανάπτυξη της τεχνολογίας απεικόνισης OCT

Με την ευρεία εφαρμογή των υπερήχων στον τομέα της οφθαλμολογίας, οι άνθρωποι ελπίζουν να αναπτύξουν μια μέθοδο ανίχνευσης υψηλότερης ανάλυσης. Η εμφάνιση του Βιομικροσκοπίου Υπερήχων (UBM) ικανοποιεί αυτή την απαίτηση σε κάποιο βαθμό. Μπορεί να εκτελέσει απεικόνιση υψηλής ανάλυσης του πρόσθιου τμήματος χρησιμοποιώντας ηχητικά κύματα υψηλότερης συχνότητας. Ωστόσο, λόγω της ταχείας εξασθένησης των ηχητικών κυμάτων υψηλής συχνότητας σε βιολογικούς ιστούς, το βάθος ανίχνευσης περιορίζεται σε κάποιο βαθμό. Εάν χρησιμοποιούνται φωτεινά κύματα αντί για ηχητικά κύματα, μπορούν να αντισταθμιστούν τα ελαττώματα;

Το 1987, οι Takada et al. ανέπτυξε μια μέθοδο οπτικής συμβολομετρίας χαμηλής συνοχής, η οποία αναπτύχθηκε σε μέθοδο οπτικής μέτρησης υψηλής ανάλυσης με υποστήριξη οπτικών ινών και οπτοηλεκτρονικών εξαρτημάτων. Οι Youngquist et al. ανέπτυξε ένα οπτικό συνεκτικό ανακλασόμετρο του οποίου η πηγή φωτός είναι μια δίοδος σούπερ εκπομπής φωτός που συνδέεται απευθείας με μια οπτική ίνα. Ο ένας βραχίονας του οργάνου που περιέχει έναν καθρέφτη αναφοράς βρίσκεται μέσα, ενώ η οπτική ίνα στον άλλο βραχίονα είναι συνδεδεμένη με μια συσκευή που μοιάζει με κάμερα. Αυτά έθεσαν τη θεωρητική και τεχνική βάση για την εμφάνιση των ΥΧΕ.

Το 1991, ο David Huang, ένας Κινέζος επιστήμονας στο MIT, χρησιμοποίησε το ανεπτυγμένο OCT για να μετρήσει τον απομονωμένο αμφιβληστροειδή και τις στεφανιαίες αρτηρίες. Επειδή το OCT έχει άνευ προηγουμένου υψηλή ανάλυση, παρόμοια με την οπτική βιοψία, αναπτύχθηκε γρήγορα για τη μέτρηση και την απεικόνιση βιολογικών ιστών.

Λόγω των οπτικών χαρακτηριστικών του ματιού, η τεχνολογία OCT αναπτύσσεται ταχύτερα στις κλινικές εφαρμογές της οφθαλμολογίας. Πριν από το 1995, επιστήμονες όπως ο Huang χρησιμοποιούσαν το OCT για να μετρήσουν και να απεικονίσουν ιστούς όπως ο αμφιβληστροειδής, ο κερατοειδής, ο πρόσθιος θάλαμος και η ίριδα των in vitro και in vivo ανθρώπινων ματιών, βελτιώνοντας συνεχώς την τεχνολογία OCT. Μετά από αρκετά χρόνια βελτίωσης, το σύστημα OCT βελτιώθηκε περαιτέρω και εξελίχθηκε σε ένα κλινικά πρακτικό εργαλείο ανίχνευσης, έγινε εμπορικό όργανο και τελικά επιβεβαίωσε την υπεροχή του στην απεικόνιση του βυθού και του αμφιβληστροειδούς. Το OCT χρησιμοποιήθηκε επίσημα στις οφθαλμολογικές κλινικές το 1995.

Το 1997, το OCT χρησιμοποιήθηκε σταδιακά στη δερματολογία, το πεπτικό σύστημα, το ουροποιητικό σύστημα και τις καρδιαγγειακές εξετάσεις. Ο οισοφάγος, το γαστρεντερικό, το OCT του ουροποιητικού συστήματος και το καρδιαγγειακό OCT είναι όλες επεμβατικές εξετάσεις, παρόμοιες με τα ενδοσκόπια και τους καθετήρες, αλλά με υψηλότερη ανάλυση και μπορούν να παρατηρήσουν υπερδομές. Το Skin OCT είναι μια επιθεώρηση επαφής και μπορεί επίσης να παρατηρηθεί υπερδομή.

Το αρχικό OCT που χρησιμοποιείται στην κλινική πράξη είναι το OCT1, το οποίο αποτελείται από μια κονσόλα και μια κονσόλα ισχύος. Η κονσόλα περιλαμβάνει έναν υπολογιστή OCT, μια οθόνη OCT, έναν πίνακα ελέγχου και μια οθόνη παρακολούθησης. ο σταθμός παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας περιλαμβάνει ένα σύστημα παρατήρησης του βυθού και ένα σύστημα ελέγχου του φωτός παρεμβολής. Δεδομένου ότι η κονσόλα και η πλατφόρμα ισχύος είναι σχετικά ανεξάρτητες συσκευές και οι δύο συνδέονται με καλώδια, το όργανο έχει μεγαλύτερο όγκο και μεγαλύτερο χώρο.

Το πρόγραμμα ανάλυσης του OCT1 χωρίζεται σε επεξεργασία εικόνας και μέτρηση εικόνας. Η επεξεργασία εικόνας περιλαμβάνει τυποποίηση εικόνας, βαθμονόμηση εικόνας, βαθμονόμηση και τυποποίηση εικόνας, εξομάλυνση Gaussian εικόνας, εξομάλυνση μέσης εικόνας. Οι διαδικασίες μέτρησης εικόνας είναι λιγότερες, μόνο μέτρηση πάχους αμφιβληστροειδούς και μέτρηση πάχους στρώματος νευρικών ινών αμφιβληστροειδούς. Ωστόσο, επειδή το OCT1 έχει λιγότερες διαδικασίες σάρωσης και διαδικασίες ανάλυσης, αντικαταστάθηκε γρήγορα από το OCT2.

Το OCT2 σχηματίζεται με αναβάθμιση λογισμικού με βάση το OCT1. Υπάρχουν επίσης ορισμένα όργανα που συνδυάζουν την κονσόλα και το power table σε ένα για να σχηματίσουν ένα όργανο OCT2. Αυτό το όργανο μειώνει την οθόνη εικόνας και παρατηρεί την εικόνα OCT και παρακολουθεί τη θέση σάρωσης του ασθενούς στην ίδια οθόνη υπολογιστή, αλλά η λειτουργία είναι ίδια με το OCT1 Παρόμοια, χειρίζεται χειροκίνητα στον πίνακα ελέγχου.

Η εμφάνιση του OCT3 το 2002 σηματοδότησε ένα νέο στάδιο της τεχνολογίας OCT. Εκτός από την πιο φιλική προς το χρήστη διεπαφή λειτουργίας του OCT3, όλες οι λειτουργίες μπορούν να γίνουν στον υπολογιστή με το ποντίκι και τα προγράμματα σάρωσης και ανάλυσής του γίνονται όλο και πιο τέλεια. Το πιο σημαντικό, η ανάλυση του OCT3 είναι υψηλότερη, η αξονική του ανάλυση είναι ≤10 Ι¼m και η πλευρική του ανάλυση είναι 20 Μ¼m. Ο αριθμός των αξονικών δειγμάτων που αποκτήθηκαν από το OCT3 έχει αυξηθεί από 128 σε 768 στην αρχική σάρωση 1 A. Επομένως, το ολοκλήρωμα του OCT3 έχει αυξηθεί από 131 072 σε 786 432 και η ιεραρχική δομή της εικόνας διατομής του σαρωμένου ιστού είναι πιο ξεκάθαρη.