Novinky z oboru

OCT zobrazovací technologie

2021-09-10
Optická koherentní tomografie (OCT) je neinvazivní lékařská a zobrazovací technologie s nízkými ztrátami a vysokým rozlišením vyvinutá na počátku 90. let 20. století. Jeho princip je podobný ultrazvukovému zobrazování, rozdíl je v tom, že místo zvuku využívá světlo.

Optická koherentní tomografietechnologie využívá základní princip interferometru slabého koherentního světla k detekci zpětného odrazu nebo několika rozptylových signálů dopadajícího slabého koherentního světla v různých hloubkách biologických tkání. Prostřednictvím skenování lze získat dvourozměrné nebo trojrozměrné strukturální obrazy biologických tkání. .

Ve srovnání s jinými zobrazovacími technologiemi, jako je ultrazvukové zobrazování, zobrazování magnetickou rezonancí (MRI), rentgenová počítačová tomografie (CT) atd., má technologie OCT vyšší rozlišení (několik mikrometrů) než konfokální zobrazování. Ve srovnání s technologiemi s ultra vysokým rozlišením, jako je mikro(, multifotonová mikroskopie), má technologie OCT relativně velkou tomografickou schopnost. Dá se říci, že OCT technologie vyplňuje mezeru mezi těmito dvěma typy zobrazovacích technologií.

Struktura a základní principy optické koherentní tomografie.

Optická koherentní tomografieje založen na principu interferometru, využívá blízké infračervené slabé koherentní světlo k ozařování testované tkáně a generuje interferenci na základě koherence světla. Využívá technologii superheterodynní detekce k měření intenzity odraženého světla pro zobrazování povrchových tkání. . Systém OCT se skládá ze zdroje světla s nízkou koherencí, vláknového optického Michelsonova interferometru a fotoelektrického detekčního systému.

Jádrem OCT je vláknový Michelsonův interferometr. Světlo vyzařované světelným zdrojem s nízkou koherencí Superluminescence Diode (SLD) je připojeno do jednovidového vlákna a je rozděleno do dvou cest spojkou 2×2 vlákna. Jedním ze způsobů je referenční světlo, které je kolimováno čočkou a vráceno z rovinného zrcadla. ; Druhým je vzorkovací paprsek zaostřený čočkou na testovaný vzorek.

Referenční světlo vrácené reflektorem a zpětně rozptýlené světlo testovaného vzorku se spojí na detektoru. Když je rozdíl optické dráhy mezi těmito dvěma v rámci koherenční délky světelného zdroje, dochází k interferenci. Výstupní signál detektoru odráží zpětný rozptyl média. Směrem k intenzitě rozptylu.

Naskenujte zrcadlo a zaznamenejte jeho prostorovou polohu tak, aby referenční světlo interferovalo se světlem odraženým z různých hloubek v médiu. Podle polohy zrcadla a odpovídající intenzity interferenčního signálu se získají naměřená data různých hloubek (směr z) vzorku. Poté v kombinaci se skenováním vzorkovacího paprsku v rovině x-y je výsledek zpracován počítačem za účelem získání informací o trojrozměrné struktuře vzorku.

Vývoj zobrazovací technologie OCT

S rozšířenou aplikací ultrazvuku v oblasti oftalmologie lidé doufají, že vyvinou metodu detekce s vyšším rozlišením. Vznik ultrazvukového biomikroskopu (UBM) tento požadavek do určité míry splňuje. Může provádět zobrazení předního segmentu s vysokým rozlišením pomocí zvukových vln s vyšší frekvencí. Vzhledem k rychlému útlumu vysokofrekvenčních zvukových vln v biologických tkáních je však jeho hloubka detekce do určité míry omezena. Pokud se místo zvukových vln použijí světelné vlny, lze vady kompenzovat?

V roce 1987 Takada a kol. vyvinul metodu optické nízkokoherentní interferometrie, která byla vyvinuta v metodu pro optické měření s vysokým rozlišením s podporou vláknové optiky a optoelektronických součástek; Youngquist a kol. vyvinuli optický koherentní reflektometr, jehož světelným zdrojem je supersvětelná dioda přímo spojená s optickým vláknem. Jedno rameno přístroje obsahující referenční zrcadlo je umístěno uvnitř, zatímco optické vlákno ve druhém rameni je připojeno k zařízení podobnému fotoaparátu. Ty položily teoretický a technický základ pro vznik ZZÚ.

V roce 1991 použil David Huang, čínský vědec z MIT, vyvinutou OCT k měření izolované sítnice a koronárních tepen. Protože OCT má bezprecedentně vysoké rozlišení, podobné optické biopsii, bylo rychle vyvinuto pro měření a zobrazování biologických tkání.

Díky optickým vlastnostem oka se technologie OCT rozvíjí nejrychleji v oftalmologických klinických aplikacích. Před rokem 1995 používali vědci jako Huang OCT k měření a zobrazování tkání, jako je sítnice, rohovka, přední komora a duhovka lidských očí in vitro a in vivo, a neustále zdokonalovali technologii OCT. Po několika letech vylepšování byl systém OCT dále vylepšen a vyvinut v klinicky praktický detekční nástroj, přeměněn na komerční nástroj a nakonec potvrdil svou převahu při zobrazování fundu a sítnice. OCT byl oficiálně používán na oftalmologických klinikách v roce 1995.

V roce 1997 byla OCT postupně využívána v dermatologii, trávicím traktu, močovém systému a kardiovaskulárním vyšetření. OCT jícnu, trávicího traktu, močového systému a kardiovaskulární OCT jsou všechna invazivní vyšetření, podobná endoskopům a katétrům, ale s vyšším rozlišením a mohou pozorovat ultrastruktury. OCT kůže je kontaktní inspekce a lze také pozorovat ultrastrukturu.

Počáteční OCT používané v klinické praxi je OCT1, které se skládá z konzoly a napájecí konzoly. Konzola obsahuje OCT počítač, OCT monitor, ovládací panel a monitorovací obrazovku; elektrárna obsahuje systém pozorování očního pozadí a systém kontroly rušivého světla. Vzhledem k tomu, že konzola a napájecí platforma jsou relativně nezávislá zařízení a obě jsou propojeny dráty, má nástroj větší objem a větší prostor.

Analytický program OCT1 je rozdělen na zpracování obrazu a měření obrazu. Zpracování obrazu zahrnuje standardizaci obrazu, kalibraci obrazu, kalibraci a standardizaci obrazu, gaussovské vyhlazování obrazu, vyhlazení mediánu obrazu; postupy měření obrazu jsou méně, pouze měření tloušťky sítnice a měření tloušťky vrstvy nervových vláken sítnice. Protože však OCT1 má méně skenovacích procedur a analytických postupů, byl rychle nahrazen OCT2.

OCT2 je tvořen upgradem softwaru na bázi OCT1. Existují také některé nástroje, které kombinují konzolu a power table do jednoho a tvoří nástroj OCT2. Tento přístroj zmenšuje obrazový monitor a pozoruje OCT obraz a monitoruje skenovací pozici pacienta na stejné obrazovce počítače, ale ovládání je stejné jako u OCT1 Podobně, je ručně ovládáno na ovládacím panelu.

Vzhled OCT3 v roce 2002 znamenal novou etapu technologie OCT. Kromě uživatelsky přívětivějšího ovládacího rozhraní OCT3 lze všechny operace provádět na počítači pomocí myši a jeho programy pro skenování a analýzu jsou stále dokonalejší. Ještě důležitější je, že rozlišení OCT3 je vyšší, jeho axiální rozlišení je ≤10 μm a jeho boční rozlišení je 20 μm. Počet axiálních vzorků získaných pomocí OCT3 se zvýšil ze 128 na 768 v původním 1 A-scanu. Proto se integrál OCT3 zvýšil ze 131 072 na 786 432 a hierarchická struktura naskenovaného příčného řezu tkání je jasnější.