В начале XXI века в диагностическую практику офтальмолога ворвался новый метод — оптическая когерентная томография. Он произвел настоящий фурор, позволив, подобно гистологическому исследованию, прижизненно оценивать морфологию сетчатки и других структур глаза.
В результате открытий, сделанных с помощью спект-ральной ОКТ и ОКТ-ангиографии, были пересмотрены классификации слоев сетчатки и ее сосудистых сплетений, изменились взгляды на этиологию и патогенез многих заболеваний глазного дна. Количество офтальмологов, приверженцев этого революционного диагностического метода, увеличивается год от года. Те, кто хоть однажды использовал в своей работе ОКТ, уже не могут довольствоваться просто офтальмоскопией или фундус-фотографиями, им надо видеть и понимать, что происходит внутри сетчатки. Ведь врачу свойственно во всем идти до самой сути, препарировать больной орган и болезнь, пытаясь понять, как все там устроено и что можно изменить к лучшему.
Сегодня мы применили этот подход к самой технологии оптической когерентной томографии, мы препарируем ее руками инженера-разработчика. Наша цель — показать врачам что, как и почему может быть получено в результате использования различных методов ОКТ, рассказать об истории и становлении метода, продемонстрировать какие возможности открывает нам оптическая когерентная томография высокого разрешения в будущем.
Современные технологии обработки и визуализации в области оптической когерентной томографии
Количество нововведений, появляющихся в коммерческих оптических когерентных томографах, с каждым годом становится все больше. Глобально прогресс технологий этого сегмента визуализации можно разделить на две большие группы: аппаратный и программный. В свою очередь аппаратные изменения могут в корне менять физические принципы работы прибора, а могут оптимизировать функции отдельных узлов системы. Программное обеспечение у каждого производителя ОКТ индивидуально, и зачастую наличие уникальных режимов или функций является определяющим фактором при выборе прибора. С другой стороны, отсутствие стандартизированных форм отчетности часто делает невозможным сравнение результатов, полученных на томографах разных производителей. Имея представление о применяемых методах анализа и обработки данных, можно получить максимальное количество информации о структуре исследуемого глаза пациента.
Более детальное изучение данной тематики следует начать с эволюции инженерной модели ОКТ. За основу данной технологии был взят интерферометр Майкельсона (рис. 2), и перед тем как переходить к краткому описанию принципа действия интерферометра, нужно упомянуть физическое явление, которое является определяющим для данного прибора: интерференция. Если не углубляться, то можно просто объяснить данное явление: перераспределение интенсивности света в результате наложения нескольких световых волн (рис. 1).
Данную картину перераспределения интенсивности можно получить на интерферометре при определенном расположении зеркал (FlatMirror 1 и 2). Этим и воспользовались инженеры: вместо одного из зеркал поместили исследуемый неподвижный объект, а второе зеркало перемещали до получения интерференционной картины (т.е. до совпадения с расстоянием оптически различаемой структуры).
Таким образом, если взять сетчатку глаза с различными по оптической плотности слоями, достаточно иметь возможность плавно перемещать зеркало (от прецизионности данного перемещения будет зависеть разрешающая способность). На схеме (рис. 3) показаны основные элементы и ход лучей лазерного источника излучения для первых серийных оптических томографов поколения «timedomain». Данное конструктивное решение имело ряд бесспорных преимуществ: простые в изготовлении комплектующие, глубина проникновения ограничивалась только мощностью излучения и ходом зеркала. Но присутствовали и недостатки: низкая скорость сканирования (приходилось брать минимальное количество точек сканирования для минимизации времени проведения исследования), обусловленная механическим ограничением скорость передвижения зеркала и недостаточная чувствительность (что видно на примере томограммы рис. 4).
Однако бесконечно увеличивать скорость перемещения зеркала нельзя. Потребность в лучшем качестве визуализации и увеличении скорости сканирования привела к необходимости технологического прорыва — технологии спектральной оптической когерентной томографии (СОКТ). Был изменен принцип получения данных в аксиальном направлении. Уже не нужно было двигать зеркало для совмещения с различными по оптической плотности средами. Были изменены источник излучения и детектор обратного сигнала (спектрометр). Лазерный источник (SLED) обладал диапазоном длин волн и излучал низкокогерентный луч. Детектор фиксирует множество сигналов от разных отражающих поверхностей исследуемой структуры одномоментно. Полученный сложный сигнал разбивается на отдельные составляющие спектра, определяющие задержку отраженных сигналов. По спектру воссоздается структура сканируемой ткани (оптический А-скан). Схема с указанием основных элементов СОКТ указана на рис. 5. Для нахождения спектральных составляющих из общего обратного сигнала применяется преобразование Фурье.
Отдельным техническим ответвлением технологии оптической визуализации можно выделить томограф с перестраиваемым источником излучения (SWEPT-SOURCE OCT). Идея очень проста: вместо сложного источника сигнала, имеющего диапазон длин волн, и сложного детектора, который может из общего обратного сигнала выделять отдельные длины волн, можно использовать более специфичный источник (перестраиваемый лазер), который одномоментно излучает конкретную длину волны, но имеет возможность менять ее в заданном диапазоне. Для такого источника не нужен спектрометр, а подойдет детектор на порядок проще (рис. 6).
У данной технической реализации есть преимущество: прогнозируемая возможная скорость сканирования до одного миллиона А-сканов в секунду (что технически не достижимо для СОКТ). Несмотря на такой прогноз, коммерческие решения отдельно взятых компаний по производству СОКТ превышают текущие скорости сканирования коммерческих SS ОКТ (СОКТ разогнали до 250000 А-сканов в секунду, а в лабораторных условиях уже имеются на вооружении скорости больше полумиллиона А-сканов в секунду). Но изменение типа лазерного источника излучения повлекло изменение диапазона длин волн, в котором он работает (SLED имеет центральную длину волны от 830 нм до 855 нм, а туннельный диод — больше 1050 нм). Это положительно отразилось на проникающей способности (чем больше длина волны, тем больше проникающая способность), но негативно сказалось на аксиальной оптической разрешающей способности (СОКТ — от 3 мкм до 5 мкм, SWEPT-SOURCEОКТ ~ 8 мкм).
Страницы: 1 2
