Optisk sammenhengstomografi

De optisk koherens tomografi (oktober) som en ikke-invasiv avbildningsmetode brukes hovedsakelig i medisin. De forskjellige refleksjons- og spredningsegenskapene til forskjellige stoffer danner grunnlaget for denne metoden. Som en relativt ny metode etablerer OLT seg for tiden på flere og flere anvendelsesområder.

Hva er optisk sammenhengstomografi?

Det fysiske grunnlaget for optisk sammenhengstomografi er å lage et interferensmønster når referansebølger legges på reflekterte bølger. Den avgjørende faktoren er koherenslengden på lyset.

Koherenslengden representerer den maksimale forskjellen i transittid for to lysstråler som, når de legges over, fremdeles lar et stabilt interferensmønster oppstå. Optisk koherentomografi bruker lys med en kort koherenslengde ved hjelp av et interferometer for å bestemme avstandene til spredningsmaterialer.

For dette formålet, innen medisin, skannes det området av kroppen som skal undersøkes på punkter. Metoden tillater en god dybdeundersøkelse på grunn av den høye penetrasjonsdybden (1-3 mm) av strålingen som brukes i spredningsvevet. Samtidig er det også en høy aksial oppløsning med høy målehastighet. Optisk sammenhengstomografi representerer således det optiske motstykket til sonografi.

Funksjon, effekt og mål

Den optiske koherens-tomografimetoden er basert på interferometri av hvitt lys. Den bruker superposisjonen av referanselys med reflektert lys for å danne et interferensmønster. Dybdeprofilen til en prøve kan bestemmes. For medisin betyr dette å undersøke dypere vevsseksjoner som ikke kan nås med konvensjonell mikroskopi. To bølgelengdeområder er spesielt interessante for målingene.

På den ene siden er dette det spektrale området med en bølgelengde på 800 nm. Dette spektrale området gir god oppløsning. På den annen side trenger lys med en bølgelengde på 1300 nm særlig dypt inn i vevet og muliggjør spesielt god dybdeanalyse. I dag brukes to hovedapplikasjonsmetoder for OLT, tidsdomenet OLT-systemer og Fourier domene OLT-systemene. I begge systemer blir eksitasjonslyset delt opp i referanse- og prøvelys via et interferometer, der interferens oppstår med den reflekterte strålingen.

Ved å sidefleie prøvestrålen over undersøkelsesområdet, blir seksjonsbilder tatt opp, som blir slått sammen for å danne et samlet opptak. Time Domain OCT-systemet er basert på kort koherent bredbåndslys, som bare genererer et interferenssignal når begge armlengder på interferometeret stemmer overens. Posisjonen til referansespeilet må føres gjennom for å bestemme amplitude for tilbakespredning. Den mekaniske bevegelsen av speilet gjør at tiden som kreves for displayet er for høy, slik at denne metoden ikke er egnet for hurtig avbildning.

Den alternative Fourier Domain OCT-metoden fungerer på prinsippet om spektral nedbrytning av det forstyrrede lyset. Hele dybdeinformasjonen blir registrert samtidig og signal-til-støyforholdet er betydelig forbedret. Lasere fungerer som lyskilder, som gradvis skanner kroppsdelene som skal undersøkes. Områdene for anvendelse av optisk koherentomografi er primært innen medisin og her spesielt innen oftalmologi, kreftdiagnostikk og hudundersøkelser. De forskjellige brytningsindeksene ved grensesnittene til de aktuelle vevsseksjoner bestemmes via interferensmønsteret til det reflekterte lyset med referanselyset og vises som et bilde.

I oftalmologi undersøkes hovedsakelig fundus. Konkurrerende teknikker, for eksempel det konfokale mikroskopet, kan ikke tilstrekkelig avbilde den lagdelte strukturen i netthinnen. Med andre prosedyrer er det menneskelige øyet noen ganger for stresset. Spesielt innen øyediagnostikk har OLT vist seg å være veldig fordelaktig, spesielt siden kontaktløs måling også utelukker risikoen for infeksjon og psykologisk stress. Nye perspektiver åpner for tiden for OLT innen kardiovaskulær avbildning.

Intravaskulær optisk sammenhengstomografi er basert på bruk av infrarødt lys. Her gir OLT informasjon om plaketter, disseksjoner, tromber eller til og med stentdimensjoner. Det brukes også til å karakterisere morfologiske forandringer i blodkar. I tillegg til medisinske applikasjoner erobrer også optisk koherenttomografi i økende grad bruksområder i materialtesting, for overvåking av produksjonsprosesser eller i kvalitetskontroll.

Risiko, bivirkninger og farer

Optisk sammenhengstomografi har mange fordeler i forhold til andre metoder. Det er en ikke-invasiv og kontaktløs prosedyre. Dette gjør det mulig å unngå overføring av infeksjoner og forekomst av psykologisk stress. Videre brukes ingen ioniserende stråling i OCT.

Den elektromagnetiske strålingen som brukes tilsvarer i stor grad frekvensområdene som mennesker blir utsatt for på daglig basis. En annen stor fordel med OLT er at dybdeoppløsningen ikke avhenger av den tverrgående oppløsningen. De tynne seksjonene som brukes i klassisk mikroskopi er ikke lenger nødvendige fordi prosessen er basert på rent optisk refleksjon. Den store penetrasjonsdybden til strålingen som gjør det mulig å generere mikroskopiske bilder i levende vev.

Driftsprinsippet for metoden er veldig selektiv, slik at til og med veldig små signaler kan oppdages og tilordnes en viss dybde. Dette er grunnen til at OLT er spesielt egnet for å undersøke lysfølsomt vev. Begrensninger i bruken av OL skyldes bølgelengdeavhengig penetrasjonsdybde til den elektromagnetiske strålingen og båndbreddeavhengig oppløsning. Imidlertid har bredbåndslasere blitt utviklet siden 1996, som har videre avansert dybdeoppløsning.

Siden utviklingen av UHR-OCT (ultrahøy oppløsning OCT) har det til og med vært mulig å vise subcellulære strukturer i humane kreftceller. Siden OLT fremdeles er en veldig ung prosedyre, er ikke alle mulighetene oppbrukt. Optisk sammenhengstomografi er attraktiv fordi den ikke utgjør en helserisiko, har veldig høy oppløsning og er veldig rask.