Công nghệ hình ảnh OCT

Cấu trúc và nguyên tắc cơ bản của chụp cắt lớp quang hợp.

Chụp cắt lớp mạch lạc quang họcdựa trên nguyên tắc của giao thoa kế, sử dụng ánh sáng kết hợp yếu gần hồng ngoại để chiếu xạ mô cần kiểm tra và tạo ra giao thoa dựa trên sự kết hợp của ánh sáng. Nó sử dụng công nghệ phát hiện superheterodyne để đo cường độ của ánh sáng phản xạ để chụp ảnh mô bề mặt. . Hệ thống OCT bao gồm nguồn sáng có độ kết hợp thấp, giao thoa kế Michelson sợi quang và hệ thống phát hiện quang điện.

Cốt lõi của OCT là giao thoa kế sợi quang Michelson. Ánh sáng phát ra từ nguồn sáng có độ kết hợp thấp Điốt siêu phát quang (SLD) được ghép vào sợi quang đơn mode và được bộ ghép sợi 2 × 2 chia thành hai đường. Một cách là ánh sáng tham chiếu được thấu kính chuẩn trực và quay trở lại từ gương máy bay. ; Loại còn lại là chùm tia lấy mẫu được thấu kính hội tụ tới mẫu cần thử nghiệm.

Ánh sáng chuẩn do gương phản xạ trả về và ánh sáng tán xạ ngược của mẫu thử nghiệm hợp nhất trên máy dò. Khi hiệu đường quang giữa hai vật nằm trong khoảng độ dài tụ hợp của nguồn sáng thì xảy ra hiện tượng giao thoa. Tín hiệu đầu ra của máy dò phản ánh tán xạ ngược của môi trường. Hướng tới cường độ tán xạ.

Quét gương và ghi lại vị trí không gian của nó, sao cho ánh sáng chuẩn giao thoa với ánh sáng tán xạ ngược từ các độ sâu khác nhau trong môi trường. Theo vị trí gương và cường độ tín hiệu giao thoa tương ứng, dữ liệu đo của các độ sâu khác nhau (hướng z) của mẫu sẽ thu được. Sau đó kết hợp với việc quét chùm tia lấy mẫu trong mặt phẳng x-y, kết quả được máy tính xử lý để thu được thông tin cấu trúc ba chiều của mẫu.

Sự phát triển của công nghệ hình ảnh OCT

Với sự ứng dụng rộng rãi của siêu âm trong lĩnh vực nhãn khoa, người ta hy vọng sẽ phát triển một phương pháp phát hiện có độ phân giải cao hơn. Sự xuất hiện của Kính hiển vi sinh học siêu âm (UBM) đáp ứng yêu cầu này ở một mức độ nhất định. Nó có thể thực hiện hình ảnh độ phân giải cao của đoạn trước bằng cách sử dụng sóng âm tần số cao hơn. Tuy nhiên, do sự suy giảm nhanh chóng của sóng âm tần số cao trong các mô sinh học, độ sâu phát hiện của nó bị hạn chế ở một mức độ nhất định. Nếu sử dụng sóng ánh sáng thay cho sóng âm thì các khuyết tật có được bù đắp không?

Năm 1987, Takada và cộng sự. đã phát triển một phương pháp đo giao thoa kết hợp thấp quang học, phương pháp này được phát triển thành một phương pháp đo quang độ phân giải cao với sự hỗ trợ của sợi quang và các thành phần quang điện tử; Youngquist và cộng sự. đã phát triển một máy đo phản xạ kết hợp quang học có nguồn sáng là Đi-ốt siêu phát sáng được ghép nối trực tiếp với một sợi quang học. Một cánh tay của thiết bị có chứa gương tham chiếu được đặt bên trong, trong khi sợi quang trong cánh tay kia được kết nối với một thiết bị giống như máy ảnh. Những điều này đã đặt cơ sở lý thuyết và kỹ thuật cho sự xuất hiện của OCT.

Năm 1991, David Huang, một nhà khoa học Trung Quốc tại MIT, đã sử dụng máy đo OCT được phát triển để đo võng mạc và động mạch vành bị cô lập. Bởi vì OCT có độ phân giải cao chưa từng có, tương tự như sinh thiết quang học, nó nhanh chóng được phát triển để đo và hình ảnh các mô sinh học.

Do đặc điểm quang học của mắt, công nghệ OCT đang phát triển nhanh nhất trong các ứng dụng lâm sàng nhãn khoa. Trước năm 1995, các nhà khoa học như Huang đã sử dụng OCT để đo và hình ảnh các mô như võng mạc, giác mạc, tiền phòng và mống mắt của mắt người in vitro và in vivo, liên tục cải tiến công nghệ OCT. Sau vài năm cải tiến, hệ thống OCT đã được cải tiến hơn nữa và phát triển thành một công cụ phát hiện thực tế trên lâm sàng, được chế tạo thành một công cụ thương mại, và cuối cùng đã khẳng định được tính ưu việt của nó trong hình ảnh nền và võng mạc. OCT chính thức được sử dụng trong các phòng khám nhãn khoa vào năm 1995.

Năm 1997, OCT dần dần được sử dụng trong khám da liễu, đường tiêu hóa, hệ tiết niệu và tim mạch. OCT thực quản, hệ tiêu hóa, tiết niệu và OCT tim mạch đều là những xét nghiệm xâm lấn, tương tự như nội soi và ống thông, nhưng độ phân giải cao hơn và có thể quan sát được các siêu cấu trúc. OCT da là một kiểm tra tiếp xúc, và siêu cấu trúc cũng có thể được quan sát.

OCT ban đầu được sử dụng trong thực hành lâm sàng là OCT1, bao gồm một bàn điều khiển và một bàn điều khiển nguồn. Bàn điều khiển bao gồm một máy tính OCT, một màn hình OCT, một bảng điều khiển và một màn hình giám sát; trạm điện bao gồm một hệ thống quan sát quỹ đạo và một hệ thống điều khiển ánh sáng giao thoa. Vì bảng điều khiển và nền tảng nguồn là các thiết bị tương đối độc lập và cả hai được kết nối bằng dây dẫn nên thiết bị có âm lượng lớn hơn và không gian rộng hơn.

Chương trình phân tích của OCT1 được chia thành xử lý ảnh và đo ảnh. Xử lý ảnh bao gồm chuẩn hóa ảnh, hiệu chỉnh ảnh, hiệu chỉnh và chuẩn hóa ảnh, làm mịn Gaussian ảnh, làm mịn trung vị ảnh; các thủ thuật đo hình ảnh ít hơn, chỉ đo độ dày võng mạc và đo độ dày lớp sợi thần kinh võng mạc. Tuy nhiên, do OCT1 có ít quy trình quét và quy trình phân tích hơn nên nó nhanh chóng bị thay thế bởi OCT2.

OCT2 được hình thành bằng cách nâng cấp phần mềm trên cơ sở OCT1. Cũng có một số nhạc cụ kết hợp bàn điều khiển và bàn điện thành một để tạo thành một nhạc cụ OCT2. Dụng cụ này giảm màn hình quan sát hình ảnh OCT và giám sát vị trí quét của bệnh nhân trên cùng một màn hình máy tính, nhưng hoạt động giống như OCT1 Tương tự, nó được vận hành bằng tay trên bảng điều khiển.

Sự xuất hiện của OCT3 vào năm 2002 đã đánh dấu một giai đoạn mới của công nghệ OCT. Ngoài ra với giao diện hoạt động thân thiện hơn của OCT3, tất cả các thao tác có thể được thực hiện trên máy tính bằng chuột, các chương trình quét và phân tích của nó ngày càng trở nên hoàn thiện hơn. Quan trọng hơn, độ phân giải của OCT3 cao hơn, độ phân giải trục của nó là ¤10 μm và độ phân giải bên của nó là 20 μm. Số lượng mẫu trục mà OCT3 thu được đã tăng từ 128 lên 768 trong 1 lần quét A ban đầu. Do đó, tích phân của OCT3 đã tăng từ 131 072 lên 786 432, và cấu trúc phân cấp của hình ảnh mặt cắt ngang mô được quét rõ ràng hơn.