OCT-beeldvormingstechnologie

De structuur en basisprincipes van optische coherentietomografie.

Optische coherentie tomografieis gebaseerd op het principe van de interferometer, gebruikt bijna-infrarood zwak coherent licht om het te testen weefsel te bestralen en genereert interferentie op basis van de coherentie van het licht. Het maakt gebruik van superheterodyne-detectietechnologie om de intensiteit van gereflecteerd licht te meten voor oppervlakkige weefselbeeldvorming. . Het OCT-systeem bestaat uit een lichtbron met lage coherentie, een glasvezel-Michelson-interferometer en een foto-elektrisch detectiesysteem.

De kern van OCT is de fiber Michelson interferometer. Het licht dat wordt uitgestraald door de lichtbron met lage coherentie, Superluminescence Diode (SLD) is gekoppeld aan de single-mode vezel en wordt door de 2×2-vezelkoppelaar in twee paden verdeeld. Eén manier is het referentielicht dat wordt gecollimeerd door de lens en terugkomt uit de vlakke spiegel. ; De andere is de bemonsteringsbundel die door de lens wordt gefocusseerd op het te testen monster.

Het door de reflector teruggekaatste referentielicht en het terugverstrooide licht van het te testen monster smelten samen op de detector. Wanneer het verschil in optische weg tussen de twee binnen de coherentielengte van de lichtbron ligt, treedt interferentie op. Het uitgangssignaal van de detector weerspiegelt de terugverstrooiing van het medium. Naar verstrooiingsintensiteit.

Scan de spiegel en leg de ruimtelijke positie vast, zodat het referentielicht het terugverstrooide licht van verschillende diepten in het medium verstoort. Afhankelijk van de spiegelpositie en de overeenkomstige intensiteit van het interferentiesignaal, worden de meetgegevens van verschillende diepten (z-richting) van het monster verkregen. Vervolgens, gecombineerd met het scannen van de bemonsteringsbundel in het x-y-vlak, wordt het resultaat door de computer verwerkt om de driedimensionale structuurinformatie van het monster te verkrijgen.

De ontwikkeling van OCT-beeldvormingstechnologie

Met de wijdverbreide toepassing van echografie in de oogheelkunde hopen mensen een detectiemethode met een hogere resolutie te ontwikkelen. De opkomst van Ultrasound Biomicroscope (UBM) voldoet tot op zekere hoogte aan deze eis. Het kan beeldvorming met hoge resolutie van het voorste segment uitvoeren door gebruik te maken van geluidsgolven met een hogere frequentie. Door de snelle demping van hoogfrequente geluidsgolven in biologische weefsels is de detectiediepte echter tot op zekere hoogte beperkt. Als er lichtgolven worden gebruikt in plaats van geluidsgolven, kunnen de defecten dan worden gecompenseerd?

In 1987, Takada et al. ontwikkelde een optische low-coherence interferometriemethode, die werd ontwikkeld tot een methode voor optische meting met hoge resolutie met ondersteuning van glasvezel en opto-elektronische componenten; Youngquist et al. ontwikkelde een optische coherente reflectometer waarvan de lichtbron een superlichtgevende diode is die direct is gekoppeld aan een optische vezel. Een arm van het instrument met daarin een referentiespiegel bevindt zich binnenin, terwijl de optische vezel in de andere arm is verbonden met een camera-achtig apparaat. Deze hebben de theoretische en technische basis gelegd voor de opkomst van LGO.

In 1991 gebruikte David Huang, een Chinese wetenschapper aan het MIT, de ontwikkelde OCT om het geïsoleerde netvlies en de kransslagaders te meten. Omdat OCT een ongekend hoge resolutie heeft, vergelijkbaar met optische biopsie, werd het snel ontwikkeld voor het meten en in beeld brengen van biologische weefsels.

Vanwege de optische kenmerken van het oog ontwikkelt de OCT-technologie zich het snelst in klinische toepassingen van oogheelkunde. Vóór 1995 gebruikten wetenschappers zoals Huang OCT om weefsels zoals het netvlies, het hoornvlies, de voorste kamer en de iris van de in vitro en in vivo menselijke ogen te meten en af ​​te beelden, waardoor de OCT-technologie voortdurend werd verbeterd. Na een aantal jaren van verbetering is het OCT-systeem verder verbeterd en ontwikkeld tot een klinisch praktisch detectie-instrument, omgezet in een commercieel instrument en heeft het uiteindelijk zijn superioriteit in fundus- en retinale beeldvorming bevestigd. OCT werd in 1995 officieel gebruikt in oogheelkundige klinieken.

In 1997 werd OCT geleidelijk gebruikt in dermatologie, spijsverteringskanaal, urinewegen en cardiovasculaire onderzoeken. Slokdarm, gastro-intestinale, urineweg OCT en cardiovasculaire OCT zijn allemaal invasieve onderzoeken, vergelijkbaar met endoscopen en katheters, maar met een hogere resolutie en kunnen ultrastructuren waarnemen. Huid OCT is een contactinspectie en ook ultrastructuur kan worden waargenomen.

De eerste OCT die in de klinische praktijk wordt gebruikt, is OCT1, die is samengesteld uit een console en een stroomconsole. De console bevat een OCT-computer, een OCT-monitor, een bedieningspaneel en een bewakingsscherm; de centrale omvat een fundusobservatiesysteem en een interferentielichtregelsysteem. Omdat de console en het stroomplatform relatief onafhankelijke apparaten zijn en de twee met draden zijn verbonden, heeft het instrument een groter volume en een grotere ruimte.

Het analyseprogramma van OCT1 is onderverdeeld in beeldverwerking en beeldmeting. Beeldverwerking omvat beeldstandaardisatie, beeldkalibratie, beeldkalibratie en -standaardisatie, beeld Gaussiaanse afvlakking, beeldmediaan afvlakking; beeldmetingsprocedures zijn minder, alleen meting van de netvliesdikte en meting van de dikte van de netvlieszenuwvezel. Omdat OCT1 echter minder scanprocedures en analyseprocedures kent, werd deze snel vervangen door OCT2.

OCT2 wordt gevormd door software-upgrade op basis van OCT1. Er zijn ook enkele instrumenten die de console en de powertafel combineren tot één OCT2-instrument. Dit instrument verkleint de beeldmonitor en observeert het OCT-beeld en bewaakt de scanpositie van de patiënt op hetzelfde computerscherm, maar de bediening is hetzelfde als OCT1 Vergelijkbaar, het wordt handmatig bediend op het bedieningspaneel.

De verschijning van OCT3 in 2002 markeerde een nieuwe fase van OCT-technologie. Naast de gebruiksvriendelijkere bedieningsinterface van OCT3, kunnen alle bewerkingen op de computer met de muis worden uitgevoerd en worden de scan- en analyseprogramma's steeds perfecter. Wat nog belangrijker is, de resolutie van OCT3 is hoger, de axiale resolutie is ≤10 m en de laterale resolutie is 20 m. Het aantal door OCT3 verkregen axiale monsters is in de oorspronkelijke 1A-scan gestegen van 128 naar 768. Daarom is de integraal van OCT3 toegenomen van 131 072 naar 786 432 en is de hiërarchische structuur van het gescande weefsel in dwarsdoorsnede duidelijker.