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tecnología de imagen OCT

2021-09-10
La tomografía de coherencia óptica (OCT) es una tecnología médica y de imágenes no invasiva, de baja pérdida y alta resolución desarrollada a principios de la década de 1990. Su principio es similar a la ecografía, la diferencia es que utiliza luz en lugar de sonido.

La tomografía de coherencia ópticaLa tecnología utiliza el principio básico de un interferómetro de luz coherente débil para detectar el reflejo posterior o varias señales de dispersión de luz coherente débil incidente a diferentes niveles de profundidad de los tejidos biológicos. A través del escaneo se pueden obtener imágenes estructurales bidimensionales o tridimensionales de tejidos biológicos. .

En comparación con otras tecnologías de imagen, como la ecografía, la resonancia magnética (MRI), la tomografía computarizada (TC) de rayos X, etc., la tecnología OCT tiene una resolución más alta (varios micrómetros) que la imagen confocal. En comparación con las tecnologías de ultra alta resolución, como la microscopía multifotónica, la tecnología OCT tiene una capacidad tomográfica relativamente grande. Se puede decir que la tecnología OCT llena el vacío entre estos dos tipos de tecnologías de imagen.

La estructura y principios básicos de la tomografía de coherencia óptica.

La tomografía de coherencia ópticase basa en el principio del interferómetro, utiliza luz coherente débil del infrarrojo cercano para irradiar el tejido a analizar y genera interferencias basadas en la coherencia de la luz. Utiliza tecnología de detección superheterodina para medir la intensidad de la luz reflejada para obtener imágenes de tejido superficial. . El sistema OCT está compuesto por una fuente de luz de baja coherencia, un interferómetro Michelson de fibra óptica y un sistema de detección fotoeléctrico.

El núcleo de OCT es el interferómetro de fibra de Michelson. La luz emitida por la fuente de luz de baja coherencia Diodo de superluminiscencia (SLD) se acopla a la fibra monomodo y se divide en dos caminos por el acoplador de fibra 2×2. Una forma es la luz de referencia que es colimada por la lente y devuelta desde el espejo plano. ; El otro es el haz de muestreo enfocado por la lente a la muestra bajo prueba.

La luz de referencia devuelta por el reflector y la luz retrodispersada de la muestra bajo prueba se fusionan en el detector. Cuando la diferencia de camino óptico entre los dos está dentro de la longitud de coherencia de la fuente de luz, se produce una interferencia. La señal de salida del detector refleja la retrodispersión del medio. Hacia la intensidad de dispersión.

Escanee el espejo y registre su posición espacial, de modo que la luz de referencia interfiera con la luz retrodispersada desde diferentes profundidades en el medio. De acuerdo con la posición del espejo y la intensidad de la señal de interferencia correspondiente, se obtienen los datos de medición de diferentes profundidades (dirección z) de la muestra. Luego, combinado con el escaneo del haz de muestreo en el plano x-y, la computadora procesa el resultado para obtener la información de la estructura tridimensional de la muestra.

El desarrollo de la tecnología de imagen OCT

Con la aplicación generalizada del ultrasonido en el campo de la oftalmología, la gente espera desarrollar un método de detección de mayor resolución. La aparición de Ultrasound Biomicroscope (UBM) cumple con este requisito hasta cierto punto. Puede realizar imágenes de alta resolución del segmento anterior mediante el uso de ondas sonoras de mayor frecuencia. Sin embargo, debido a la rápida atenuación de las ondas sonoras de alta frecuencia en los tejidos biológicos, su profundidad de detección está limitada hasta cierto punto. Si se utilizan ondas de luz en lugar de ondas de sonido, ¿se pueden compensar los defectos?

En 1987, Takada et al. desarrolló un método de interferometría óptica de baja coherencia, que se convirtió en un método para la medición óptica de alta resolución con el apoyo de fibra óptica y componentes optoelectrónicos; Youngquist et al. desarrolló un reflectómetro óptico coherente cuya fuente de luz es un súper diodo emisor de luz acoplado directamente a una fibra óptica. Un brazo del instrumento que contiene un espejo de referencia se encuentra en el interior, mientras que la fibra óptica del otro brazo está conectada a un dispositivo similar a una cámara. Estos han sentado las bases teóricas y técnicas para el surgimiento de la OCT.

En 1991, David Huang, un científico chino del MIT, utilizó la OCT desarrollada para medir la retina aislada y las arterias coronarias. Debido a que la OCT tiene una alta resolución sin precedentes, similar a la biopsia óptica, se desarrolló rápidamente para la medición y obtención de imágenes de tejidos biológicos.

Debido a las características ópticas del ojo, la tecnología OCT se está desarrollando más rápido en aplicaciones clínicas de oftalmología. Antes de 1995, científicos como Huang usaban OCT para medir y obtener imágenes de tejidos como la retina, la córnea, la cámara anterior y el iris de los ojos humanos in vitro e in vivo, mejorando continuamente la tecnología OCT. Después de varios años de mejoras, el sistema OCT se mejoró aún más y se convirtió en una herramienta de detección clínicamente práctica, se convirtió en un instrumento comercial y finalmente confirmó su superioridad en imágenes de fondo de ojo y retina. La OCT se utilizó oficialmente en las clínicas de oftalmología en 1995.

En 1997, la OCT fue gradualmente utilizada en dermatología, tracto digestivo, sistema urinario y exámenes cardiovasculares. La OCT de esófago, gastrointestinal, del sistema urinario y la OCT cardiovascular son todos exámenes invasivos, similares a los endoscopios y catéteres, pero con mayor resolución y pueden observar ultraestructuras. La OCT de piel es una inspección de contacto y también se puede observar la ultraestructura.

La OCT inicial utilizada en la práctica clínica es la OCT1, que está compuesta por una consola y una consola de potencia. La consola incluye una computadora OCT, un monitor OCT, un panel de control y una pantalla de monitoreo; la central incluye un sistema de observación de fondo de ojo y un sistema de control de luz de interferencia. Dado que la consola y la plataforma de potencia son dispositivos relativamente independientes y los dos están conectados por cables, el instrumento tiene un volumen más grande y un espacio más grande.

El programa de análisis de OCT1 se divide en procesamiento de imágenes y medición de imágenes. El procesamiento de imágenes incluye estandarización de imágenes, calibración de imágenes, calibración y estandarización de imágenes, suavizado gaussiano de imágenes, suavizado de mediana de imágenes; Los procedimientos de medición de imágenes son menos, solo la medición del grosor de la retina y la medición del grosor de la capa de fibra nerviosa de la retina. Sin embargo, debido a que OCT1 tiene menos procedimientos de escaneo y análisis, fue reemplazado rápidamente por OCT2.

OCT2 está formado por una actualización de software sobre la base de OCT1. También hay algunos instrumentos que combinan la consola y la mesa de potencia en uno para formar un instrumento OCT2. Este instrumento reduce el monitor de imagen y observa la imagen OCT y monitorea la posición de escaneo del paciente en la misma pantalla de la computadora, pero la operación es la misma que OCT1 Similar, se opera manualmente en el panel de control.

La aparición de OCT3 en 2002 marcó una nueva etapa de la tecnología OCT. Además de la interfaz de operación más fácil de usar de OCT3, todas las operaciones se pueden realizar en la computadora con el mouse, y sus programas de escaneo y análisis son cada vez más perfectos. Más importante aún, la resolución de OCT3 es mayor, su resolución axial es de 10 μm y su resolución lateral es de 20 μm. El número de muestras axiales adquiridas por OCT3 aumentó de 128 a 768 en el 1 A-scan original. Por lo tanto, la integral de OCT3 ha aumentado de 131 072 a 786 432, y la estructura jerárquica de la imagen transversal del tejido escaneado es más clara.