Optisk koherentomografi

De optisk koherentomografi (oktober) som en icke-invasiv avbildningsmetod används huvudsakligen inom medicin. De olika reflektions- och spridningsegenskaperna för olika tyger utgör grunden för denna metod. Som en relativt ny metod etablerar OCT sig för närvarande inom fler och fler tillämpningsområden.

Vad är optisk sammanhållningstomografi?

Den fysiska grunden för optisk koherentomografi är skapandet av ett interferensmönster när referensvågor överlagras på reflekterade vågor. Den avgörande faktorn är ljusets sammanhängande längd.

Koherenslängden representerar den maximala skillnaden i transittid mellan två ljusstrålar, som, när de överlagras, fortfarande tillåter ett stabilt interferensmönster. Optisk koherentomografi använder ljus med en kort koherenslängd med hjälp av en interferometer för att bestämma spridningsmaterialets avstånd.

För detta ändamål skannas området i kroppen som ska undersökas vid punkter. Metoden möjliggör en bra djupundersökning på grund av det höga penetreringsdjupet (1-3 mm) av strålningen som används i spridningsvävnaden. Samtidigt finns det också en hög axiell upplösning med hög mäthastighet. Optisk koherentomografi representerar således den optiska motsvarigheten till sonografin.

Funktion, effekt och mål

Den optiska koherentomografimetoden är baserad på vitt ljusinterferometri. Det använder superpositionen av referensljus med reflekterat ljus för att bilda ett interferensmönster. Djupprofilen för ett prov kan bestämmas. För medicin betyder detta att man undersöker djupare vävnadssektioner som inte kan nås med konventionell mikroskopi. Två våglängdsområden är särskilt intressanta för mätningarna.

Å ena sidan är detta det spektrala intervallet vid en våglängd av 800 nm. Detta spektralområde ger god upplösning. Å andra sidan penetrerar ljus med en våglängd 1300 nm särskilt djupt in i vävnaden och möjliggör särskilt god djupanalys. Idag används två huvudsakliga tillämpningsmetoder för OCT, tidsdomänens OCT-system och Fourier-domänens OCT-system. I båda systemen delas excitationsljuset in i referens- och sampljus via en interferometer, varigenom störningar uppträder med den reflekterade strålningen.

Genom att sidled böja provstrålen över undersökningsområdet registreras sektionsbilder som slås samman till en total inspelning. Time Domain OCT-systemet är baserat på kort koherent, bredbandsljus, som endast genererar en störningssignal när båda armlängderna i interferometern matchar. Referensspegelns läge måste ledas igenom för att bestämma backspattersamplituden. På grund av den mekaniska rörelsen i spegeln är den tid som krävs för displayen för hög, så att denna metod inte är lämplig för snabb avbildning.

Den alternativa Fourier Domain OCT-metoden fungerar på principen om den spektrala nedbrytningen av det störda ljuset. Hela djupinformationen registreras samtidigt och signal-brusförhållandet förbättras avsevärt. Lasrar fungerar som ljuskällor, som gradvis skannar de kroppsdelar som ska undersökas. Användningsområdena för optisk koherentomografi är främst inom medicin och här särskilt i ögonläkare, cancerdiagnostik och hudundersökningar. De olika brytningsindexen vid gränssnitten hos vävnadssektionerna i fråga bestäms via interferensmönstret för det reflekterade ljuset med referensljuset och visas som en bild.

I oftalmologi undersöks fundus huvudsakligen. Tävlingstekniker, såsom det konfokala mikroskopet, kan inte tillräckligt avbilda den skiktade strukturen i näthinnan. Med andra förfaranden är det mänskliga ögat ibland för stressat. Inom området ögondiagnostik har OCT därför visat sig vara mycket fördelaktigt, särskilt eftersom kontaktlös mätning också utesluter risken för infektion och psykologisk stress. För närvarande öppnas nya perspektiv för ULT inom området kardiovaskulär avbildning.

Intravaskulär optisk koherenttomografi är baserad på användning av infrarött ljus. Här ger ULT information om plack, dissektioner, trombi eller stentdimensioner. Det används också för att karakterisera morfologiska förändringar i blodkärlen. Förutom medicinska tillämpningar erövrar optisk koherentomografi alltmer tillämpningsområden vid materialtestning, för övervakning av produktionsprocesser eller i kvalitetskontroll.

Risker, biverkningar och faror

Optisk koherentomografi har många fördelar jämfört med andra metoder. Det är en icke-invasiv och kontaktlös procedur. Detta gör det möjligt att i hög grad undvika överföring av infektioner och förekomsten av psykologisk stress. Vidare används ingen joniserande strålning i ULT.

Den använda elektromagnetiska strålningen motsvarar till stor del de frekvensområden som människor utsätts för dagligen. En annan stor fördel med ULT är att djupupplösningen inte beror på den tvärgående upplösningen. De tunna sektionerna som används i klassisk mikroskopi är inte längre nödvändiga eftersom processen är baserad på rent optisk reflektion. Det stora penetrationsdjupet för den använda strålningen gör det möjligt att generera mikroskopiska bilder i levande vävnad.

Metodens arbetsprincip är mycket selektiv, så att även mycket små signaler kan detekteras och tilldelas ett visst djup. Det är därför OCT är särskilt lämpligt för undersökning av ljuskänslig vävnad. Begränsningar av användningen av OCT är resultatet av det våglängdsberoende penetrationsdjupet för den elektromagnetiska strålningen och den bandbreddberoende upplösningen. Emellertid har bredbandslasrar utvecklats sedan 1996, som har avancerat djupupplösning ytterligare.

Sedan utvecklingen av UHR-OCT (ultrahög upplösning OCT) har det till och med varit möjligt att visa subcellulära strukturer i humana cancerceller. Eftersom ULT fortfarande är ett mycket ungt förfarande har inte alla möjligheter uttömts. Optisk koherentomografi är attraktiv eftersom den inte utgör en hälsorisk, har en mycket hög upplösning och är mycket snabb.