Оптическая когерентная томография

Перевод Юлии Кравченко

Оптическая когерентная томография (Optical coherence tomography (OCT))– это метод получения и обработки оптического сигнала для получения трехмерных изображений внутренней структуры образца за счет рассеивания света в объеме материала. Он позволяет получить с микрометровым разрешением трехмерные изображения изнутри рассеивающей среды, например (например, биологических тканей). По сути, это «оптический ультразвук», визуализация отражений внутри ткани по средством поперечного изображения сечения. Основными преимуществами ОКТ являются:
- изображение в реальном времени с почти микроскопическим разрешением в почти микроскопической резолюции
- мгновенная, направленная визуализация морфологии тканей
- не требует подготовки образца или объекта
- нет ионизирующего излучения

ОКТ обеспечивает высокое разрешение, поскольку оно основано на свете, а не звуке или радиочастоте.

Трехмерное изображение может быть построено путем сканирования, как и в системе сонара(ультразвукового локатора) или радара.

Оптическая когерентная томография в интерферометрической технике, как правило, использует ближний инфракрасный свет. Использование длинноволнового света позволяет ему проникать глубже в рассеивающую среду - живую ткань. Конфокальная микроскопия видимого диапазона, другая аналогичная техника, как правило, проникает на меньшую глубину в образце. Существует 2 типа ОКТ - с разложением полученного сигнала по времени и по частотам. В стандартной ОКТ (Time-Domain Optical Coherence Tomography) осуществляется временная селекция обратно рассеянной от объекта компоненты света с помощью интерферометра с изменяющейся длиной опорного плеча. Этот метод эквивалентен корреляционной обработке сигнала в радаре. В другой разновидности ОКТ – Frequency-Domain Optical Coherence Tomography – разложение обратно рассеянного света осуществляестся по спектральным компонентам и эквивалентно фильтровой обработки радиолокационного сигнала. Этот метод обеспечивает лучшее соотношение «сигнал/шум».

Коммерческое использование ОКТ включает разные области диагностической медицины, в частности, в офтальмологии, она используется для получения подробных изображений сетчатки. Недавно он также начал использоваться в интервенционной кардиологии для диагностики ишемической болезни сердца. Также ОКТ используется для контроля сохранности предметов искусства
Первое двухмерное изображение человеческого дна глаза вдоль горизонтального меридиана, на основе интерферометрии белого света были представлены в 1990 году. Первое изображение ОКТ – отображение структуры сетчатки – было опубликовано в 1993г. ОКТ также была использована в различных проектах по сохранению предметов искусства, где она используется для анализа различных слоев в живописи. ОКТ имеет решающее преимущество перед другими медицинскими системами визуализации. Медицинское УЗИ, магнитно-резонансная томография (МРТ) и конфокальная микроскопия не подходят для морфологического изображения тканей: первые два имеют плохое разрешение; последнему не хватает глубины проникновения.

ОКТ основано на низкокогерентной интерферометрии. Схема установки на основе оптоволоконного интерферометра представлена на рисунке. Световой импульс делится надвое (в оптоволоконном элементе), а затем одна его часть отражается от исследуемого объекта, а другая (контрольная), от специального движущегося отражающего зеркала. Затем прибор суммирует отраженные сигналы, что вызывает эффект интерференции. Полученная информация обрабатывается с помощью сложного математического алгоритма

В обычной интерферометрии с большой длиной когерентности (лазерной интерферометрии), интерференция света происходит на расстоянии метров. В ОКТ эта интерференция сокращается до расстояния микрометров благодаря использованию широкополосного источника света (источников, которые могут излучать свет в широком диапазоне частот). Широкополосный свет может быть получен с помощью суперлюминесцентных диодов или лазеров с очень короткими импульсами (фемтосекундных лазеров). Белый свет является тоже широкополосным источником малой мощности.