Optická koherenční tomografie

optická koherenční tomografie (OCT), protože neinvazivní zobrazovací metoda se používá hlavně v medicíně. Základem této metody jsou různé odrazové a rozptylové vlastnosti různých tkanin. Jako relativně nová metoda se OCT v současné době prosazuje ve stále více a více oblastech aplikace.

Co je to optická koherenční tomografie?

Fyzickým základem optické koherenční tomografie je vytvoření interferenčního vzoru, když jsou referenční vlny položeny na odražené vlny. Rozhodujícím faktorem je koherentní délka světla.

Délka koherence představuje maximální rozdíl v době průchodu dvou světelných paprsků, který, když je naskládán, stále umožňuje vznik stabilního interferenčního vzoru. Optická koherenční tomografie používá světlo s krátkou koherenční délkou pomocí interferometru k určení vzdáleností rozptylových materiálů.

Za tímto účelem je v lékařství v bodech skenována oblast těla, která má být vyšetřena. Tato metoda umožňuje dobré zkoumání hloubky díky vysoké hloubce penetrace (1-3 mm) záření použitého v rozptylové tkáni. Současně je také vysoké axiální rozlišení při vysoké měřicí rychlosti. Optická koherenční tomografie tedy představuje optický protějšek sonografie.

Funkce, účinek a cíle

Metoda optické koherenční tomografie je založena na interferometrii bílého světla. Využívá superpozici referenčního světla s odraženým světlem k vytvoření interferenčního vzoru. Lze určit hloubkový profil vzorku. Pro medicínu to znamená zkoumat hlubší tkáňové řezy, kterých nelze dosáhnout konvenční mikroskopií. Pro měření jsou zvláště zajímavá dvě rozmezí vlnových délek.

Na jedné straně je to spektrální rozsah při vlnové délce 800 nm. Tento spektrální rozsah poskytuje dobré rozlišení. Na druhé straně světlo s vlnovou délkou 1300 nm proniká zvláště hluboko do tkáně a umožňuje zvláště dobrou hloubkovou analýzu. Dnes se používají dvě hlavní aplikační metody OCT, OCT systémy v časové doméně a OCT systémy Fourierovy domény. V obou systémech je excitační světlo rozděleno na referenční a vzorkové světlo pomocí interferometru, přičemž dochází k interferenci s odraženým zářením.

Boční vychýlení paprsku vzorku přes oblast zkoumání jsou zaznamenány řezy, které jsou sloučeny do celkového záznamu. Systém OCT v časové doméně je založen na krátce koherentním širokopásmovém světle, které generuje interferenční signál, když se shodují obě délky ramen interferometru. Poloha referenčního zrcadla musí projít, aby se určila amplituda zpětného rozptylu. V důsledku mechanického pohybu zrcátka je doba potřebná k zobrazení příliš vysoká, takže tato metoda není vhodná pro rychlé zobrazování.

Alternativní metoda OCT Fourierovy domény pracuje na principu spektrálního rozkladu interferovaného světla. Informace o celé hloubce se zaznamenávají současně a poměr signálu k šumu se výrazně zlepší. Lasery slouží jako zdroje světla, které postupně skenují části těla, které mají být vyšetřeny. Oblasti aplikace optické koherenční tomografie jsou především v medicíně a zde zejména v oftalmologii, diagnostice rakoviny a kožních vyšetření. Různé indexy lomu na rozhraních příslušných částí tkáně se určují pomocí interferenčního vzoru odraženého světla s referenčním světlem a zobrazují se jako obrázek.

V oftalmologii je fundus zkoumán hlavně. Konkurenční techniky, jako je konfokální mikroskop, nemohou adekvátně představit vrstevnatou strukturu sítnice. U jiných metod je lidské oko někdy příliš zdůrazněno. Zejména v oblasti oční diagnostiky se OCT ukázala jako velmi výhodná, zejména proto, že bezdotykové měření vylučuje také riziko infekce a psychického stresu. V současné době se otevírají nové perspektivy OCT v oblasti kardiovaskulárního zobrazování.

Intravaskulární optická koherenční tomografie je založena na použití infračerveného světla. Zde OCT poskytuje informace o plátech, pitvách, trombech nebo dokonce o rozměrech stentu. Používá se také k charakterizaci morfologických změn krevních cév. Optická koherenční tomografie kromě lékařských aplikací stále více dobývá oblasti použití při testování materiálů, pro sledování výrobních procesů nebo při kontrole kvality.

Rizika, vedlejší účinky a nebezpečí

Optická koherenční tomografie má oproti jiným metodám mnoho výhod. Je to neinvazivní a bezkontaktní postup. To umožňuje zabránit přenosu infekcí a výskytu psychického stresu. Kromě toho se v OCT nepoužívá žádné ionizující záření.

Použité elektromagnetické záření do značné míry odpovídá frekvenčním rozsahům, kterým jsou lidé denně vystaveni. Další velkou výhodou OCT je, že rozlišení hloubky nezávisí na příčném rozlišení. Tenké řezy používané v klasické mikroskopii již nejsou nutné, protože proces je založen na čistě optickém odrazu. Díky velké hloubce pronikání použitého záření mohou být v živé tkáni generovány mikroskopické obrazy.

Princip činnosti metody je velmi selektivní, takže i velmi malé signály mohou být detekovány a přiřazeny do určité hloubky. Z tohoto důvodu je OCT zvláště vhodný pro zkoumání tkáně citlivé na světlo. Omezení použití OCT jsou důsledkem hloubky penetrace elektromagnetického záření závislé na vlnové délce a rozlišení závislého na šířce pásma. Širokopásmové lasery však byly vyvinuty od roku 1996, které mají další pokročilé hloubkové rozlišení.

Od vývoje UHR-OCT (OCT s velmi vysokým rozlišením) bylo dokonce možné zobrazit subcelulární struktury v lidských rakovinových buňkách. Protože OCT je stále velmi mladý postup, nebyly vyčerpány všechny možnosti. Optická koherenční tomografie je atraktivní, protože nepředstavuje zdravotní riziko, má velmi vysoké rozlišení a je velmi rychlá.