Основные принципы работы оптического когерентного томографа

Описание

↑ Сравнительные особенности ОКТ и ультразвуковых методов диагностики

Ультразвуковые методы широко используются в офтальмологии для качественной оценки структур глаза и измерения расстояний между ними. Основным достоинством ультразвуковых методов в офтальмологии является их способность глубоко проникать в непрозрачные биологические ткани. Для получения изображения требуется контакт улавливающего отраженные ультразвуковые волны датчика с глазом непосредственно или через эммерсионную среду. Кроме того, разрешающая способность ультразвуковых методов напрямую зависит от используемой частоты. На практике наиболее часто используют ультразвуковые приборы, работающие на частоте 10 МГц, что обеспечивает пространственную разрешающую способность около 150 мкм. Недавно разработанные высокочастотные ультразвуковые системы обеспечивают пространственное разрешение до 20 мкм, однако их проникающая способность ограничена 4-5 мм, что делает возможным их клиническое применение лишь для оценки переднего отрезка глаза.

Оптические методы измерений и получения изображений зависят от проникновения и отражения световых длин волн в средах глаза и не требуют непосредственного контакта с глазом. Таким образом, обследование становится комфортным для пациента и исключает возможность передачи микроорганизмов через датчик прибора. Кроме того, оптические методы измерений позволяют добиться более высокой пространственной разрешающей способности, чем ультразвуковые. Современные ОКТ позволяют получить в 10 раз лучшее пространственное разрешение исследуемого объекта, чем стандартная ультразвуковая установка. Глаз является идеальным органом для исследования с помощью ОКТ, благодаря прозрачности его оптических сред. Томографические измерения микроструктуры сетчатки глаза основаны на принципе интерферометрии с низкой когерентностью.
[banner_centerrs] {banner_centerrs} [/banner_centerrs]

↑ Принципы интерферометрии

Метод ОКТ базируется на принципах световой интерферометрии, основы которой были описаны И. Ньютоном. В последние годы интерферометры широко используются для высокоточных измерений в волоконной оптике и оптикоэлектронике. Схематичное изображение интерферометра представлено на рисунке 1.





Оптический луч от лазерного или светового источника направляется на полупрозрачное зеркало, которое делит его на два луча — измеряющий и контрольный.

• Измеряющий луч направляется в глаз, где отражается от исследуемых структур и возвращается на детектор с различной временной задержкой, зависящей от свойств изучаемых микроструктур к абсорбции, рассеиванию и отражению света, т.е. от оптической плотности.
• Второй луч, отраженный от контрольного зеркала с регулируемой позицией, также возвращается на детектор.
  

Если луч возвращается после отражения от изучаемых тканей за то же время, что и контрольный луч, возникает явление интерференции, которое улавливается специальным датчиком. Параметры интерференции регистрируются и измеряются фотодетектором. Таким образом, структура отраженного от глаза луча может быть сопоставлена с контрольным, у которого имеется известная временная задержка, регулируемая положением контроль ного зеркала. Такой принцип измерения позволяет прецизионно определять толщину и пространственные соотношения между изучаемыми тканями глаза.

Последние разработки в области оптики и электроники позволили создать компактные, относительно простые и недорогие интерферометры, использующие низкоинтенсивный диодный лазер в качестве источника излучения, а в качестве зеркала — оптиковолоконный делитель луча.

↑ Получение изображений структуры сетчатки

Простейший вариант измерения, который может быть выполнен с помощью ОКТ — осевое, аналогичное ультразвуковому А-скану. Интенсивность и спектр отраженных от структур глаза сигналов широко варьирует в зависимости от оптических свойств тканей, однако на границах разнородных тканей, как правило, имеются различные коэффициенты отражения. Толщина тканей может быть вычислена измерительным модулем прибора, исходя из времени задержки отраженного сигнала, умноженной на скорость света в ткани. Скорость света в ткани в свою очередь определяется индексом ее рефракции. Таким образом, оценка толщины структур методом ОКТ основана на предполагаемых или известных значениях коэффициентов преломления света структурами глаза.

Поскольку световой луч может быть точно сфокусирован в определенной точке пространства, его поперечное смещение также может быть легко определено. Это создает основу для трехмерного пространственного изображения структур глаза на основе обработки программой компьютера отраженного сигнала при его продольном и поперечном перемещении.

Для более четкой дифференцировки тканей их изображения могут быть окрашены с использованием стандартной цветовой шкалы типа «радуги»: слабо отражающие структуры выглядят окрашенными в черный и голубой цвета; хорошо отражающие — в белый и красный. Необходимо отметить, что окрашенная томограмма отражает реальное соотношение структур с различными оптическими свойствами, но не обозначает их настоящую морфологическую границу. Таким образом, при интерпретации окрашенных томограмм не стоит рассчитывать на воспроизведение на скане реальной картины гистоморфологии.

Для получения картины структур тканей глаза с высоким разрешением крайне важно нивелировать влияние искажений вносимых непроизвольными движениями глаз при колебании артериального давления, тремором и микросаккадами. Эту роль выполняет система компьютерной обработки видеоизображений, компенсирующая осевое смещение воспроизводимой томограммы.

↑ Работа оптического когерентного томографа с точки зрения пользователя

Последняя модель оптического когерентного томографа ОСТ-3 «Stratus» производится фирмой «Zeiss-Meditec» (Германия-США).

В состав томографа входит интерферометр, обеспечивающий получение информации о структурах сетчатки путем измерения времени задержки светового эхосигнала, возникающего в результате отражения и рассеивания света различными микроструктурами сетчатки. Томограф ОСТ-3, в котором в качестве источника света используется сверхлюминесцентный диод, проецирует на сетчатку глаза широкополосный пучок света в диапазоне, близком к инфракрасному. Интерферометр томографа ОСТ-3 с помощью электронных схем получает, собирает, обрабатывает и сохраняет информацию о задержке эхосигналов от сетчатки. При каждом проходе сканирования томограф получает от 128 до 768 отсчетов в продольном (аксиальном) диапазоне, т.е. А-сканов. Каждый А-скан состоит из 1024 элементов данных, соответствующих диапазону глубин до 2 мм и более. Таким образом, для реконструкции изображения (томограммы) поперечного среза сетчатки глаза томограф ОСТ-3 использует от 131072 до 786432 элементов данных. Томограммы отражаются в реальном времени с помощью цветовой шкалы, представляющей количество света, рассеянного тканями на разной глубине сетчатки. Пользователь может выбрать отдельные томограммы и сохранить их в системе для последующего анализа.

Томограф ОСТ-3 позволяет получать изображения поперечных срезов внутренней структуры сетчатки глаза с аксиальным разрешением менее 10 микрон и поперечным разрешением 20 микрон. Программный пакет томографа содержит 18 протоколов сканирования и 18 протоколов анализа. Они позволяют анализировать диск зрительного нерва, слой нервных волокон и макулярную область сетчатки с помощью одного прибора. Томограф можно использовать для

• выявления и контроля течения глаукомы,
• заболеваний сетчатки
• и стекловидного тела.
  

Видеокамера томографа, воспринимающая инфракрасный диапазон длин волн, позволяет следить за глазным дном пациента во время работы и сохранять видеозапись вместе с томографическими изображениями. Архивировать изображения и данные можно на перезаписываемых дисках DVD-RAM. Цветные изображения можно выводить на печать с помощью струйного принтера.

----

Статья из книги: Биомикроретинометрия | Родин А.С.