เทคโนโลยีการถ่ายภาพ OCT

โครงสร้างและหลักการพื้นฐานของเอกซเรย์เอกซ์เรย์สัมพันธ์ทางแสง

เอกซเรย์เชื่อมโยงทางแสงอิงตามหลักการของอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ ใช้แสงที่สัมพันธ์กันใกล้อินฟราเรดอ่อนเพื่อฉายรังสีเนื้อเยื่อที่จะทำการทดสอบ และสร้างการรบกวนตามความเชื่อมโยงของแสง ใช้เทคโนโลยีการตรวจจับ superheterodyne เพื่อวัดความเข้มของแสงสะท้อนสำหรับการถ่ายภาพเนื้อเยื่อผิวเผิน . ระบบ OCT ประกอบด้วยแหล่งกำเนิดแสงที่มีความเชื่อมโยงกันต่ำ อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ Michelson แบบไฟเบอร์ออปติก และระบบตรวจจับโฟโตอิเล็กทริก

แกนกลางของ OCT คืออินเตอร์เฟอโรมิเตอร์แบบไฟเบอร์ของ Michelson แสงที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดแสง Superluminescence Diode (SLD) ที่มีแหล่งกำเนิดแสงที่มีความเชื่อมโยงกันต่ำนั้นถูกรวมเข้ากับไฟเบอร์โหมดเดี่ยว และถูกแบ่งออกเป็นสองเส้นทางโดยตัวต่อไฟเบอร์ 2×2 วิธีหนึ่งคือไฟอ้างอิงที่เลนส์ชิดกันและกลับจากกระจกเครื่องบิน ; อีกอันคือลำแสงสุ่มตัวอย่างที่เลนส์โฟกัสไปยังตัวอย่างที่ทดสอบ

ไฟอ้างอิงที่สะท้อนแสงกลับและแสงสะท้อนกลับของตัวอย่างภายใต้การทดสอบผสานกับเครื่องตรวจจับ เมื่อความแตกต่างของเส้นทางแสงระหว่างทั้งสองอยู่ภายในความยาวที่เชื่อมโยงกันของแหล่งกำเนิดแสง การรบกวนจะเกิดขึ้น สัญญาณเอาท์พุตของเครื่องตรวจจับสะท้อนกลับของสื่อ ไปสู่ความรุนแรงของการกระเจิง

สแกนกระจกและบันทึกตำแหน่งเชิงพื้นที่ เพื่อให้แสงอ้างอิงไปรบกวนแสงที่สะท้อนกลับจากระดับความลึกต่างๆ ในตัวกลาง ตามตำแหน่งของกระจกเงาและความเข้มของสัญญาณรบกวนที่สอดคล้องกัน ข้อมูลการวัดของความลึกต่างกัน (ทิศทาง z) ของตัวอย่างจะได้รับ จากนั้นเมื่อรวมกับการสแกนลำแสงสุ่มตัวอย่างในระนาบ xy แล้ว คอมพิวเตอร์จะประมวลผลผลลัพธ์เพื่อให้ได้ข้อมูลโครงสร้างสามมิติของตัวอย่าง

การพัฒนาเทคโนโลยีการถ่ายภาพ OCT

ด้วยการใช้อัลตราซาวนด์อย่างแพร่หลายในด้านจักษุวิทยา ผู้คนหวังว่าจะพัฒนาวิธีการตรวจหาความละเอียดสูงขึ้น การเกิดขึ้นของ Ultrasound Biomicroscope (UBM) เป็นไปตามข้อกำหนดนี้ในระดับหนึ่ง สามารถทำการถ่ายภาพส่วนหน้าที่มีความละเอียดสูงโดยใช้คลื่นเสียงความถี่สูง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากคลื่นเสียงความถี่สูงในเนื้อเยื่อชีวภาพลดทอนลงอย่างรวดเร็ว ความลึกในการตรวจจับจึงถูกจำกัดไว้ที่ระดับหนึ่ง หากใช้คลื่นแสงแทนคลื่นเสียง จะชดเชยจุดบกพร่องได้หรือไม่?

ในปี 1987 Takada และคณะ พัฒนาวิธีการอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์แบบออปติคัลต่ำซึ่งได้รับการพัฒนาเป็นวิธีการวัดแสงที่มีความละเอียดสูงด้วยการสนับสนุนไฟเบอร์ออปติกและส่วนประกอบออปโตอิเล็กทรอนิกส์ Youngquist และคณะ ได้พัฒนารีเฟล็กโตมิเตอร์แบบออปติคัลที่เชื่อมโยงกันซึ่งมีแหล่งกำเนิดแสงเป็นไดโอดเปล่งแสงพิเศษที่เชื่อมต่อโดยตรงกับใยแก้วนำแสง แขนข้างหนึ่งของเครื่องมือที่มีกระจกอ้างอิงอยู่ภายใน ส่วนใยแก้วนำแสงที่แขนอีกข้างเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ที่มีลักษณะคล้ายกล้อง สิ่งเหล่านี้ได้วางพื้นฐานทางทฤษฎีและทางเทคนิคสำหรับการเกิดขึ้นของ OCT

ในปี 1991 David Huang นักวิทยาศาสตร์ชาวจีนที่ MIT ใช้ OCT ที่พัฒนาขึ้นเพื่อวัดเรตินาและหลอดเลือดหัวใจที่แยกได้ เนื่องจาก OCT มีความละเอียดสูงอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน คล้ายกับการตรวจชิ้นเนื้อด้วยแสง จึงได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็วสำหรับการวัดและการถ่ายภาพเนื้อเยื่อชีวภาพ

เนื่องจากลักษณะเฉพาะของการมองเห็นของดวงตา เทคโนโลยี OCT จึงพัฒนาได้เร็วที่สุดในการประยุกต์ใช้ทางคลินิกด้านจักษุวิทยา ก่อนปี 1995 นักวิทยาศาสตร์เช่น Huang ใช้ OCT ในการวัดและสร้างภาพเนื้อเยื่อ เช่น เรตินา กระจกตา ห้องหน้า และม่านตาของดวงตามนุษย์ ในหลอดทดลอง และในร่างกาย ปรับปรุงเทคโนโลยี OCT อย่างต่อเนื่อง หลังจากหลายปีของการปรับปรุง ระบบ OCT ได้รับการปรับปรุงเพิ่มเติม และพัฒนาให้เป็นเครื่องมือตรวจจับที่ใช้งานได้จริงในทางคลินิก กลายเป็นเครื่องมือเชิงพาณิชย์ และในที่สุดก็ยืนยันถึงความเหนือกว่าในด้านการถ่ายภาพอวัยวะและจอประสาทตา OCT ถูกใช้อย่างเป็นทางการในคลินิกจักษุวิทยาในปี 2538

ในปี พ.ศ. 2540 ได้มีการนำ OCT มาใช้ในด้านโรคผิวหนัง ทางเดินอาหาร ระบบทางเดินปัสสาวะ และการตรวจหัวใจและหลอดเลือด OCT ของหลอดอาหาร ทางเดินอาหาร ระบบทางเดินปัสสาวะ และ OCT ของหัวใจและหลอดเลือดล้วนเป็นการตรวจแบบแพร่กระจาย คล้ายกับกล้องเอนโดสโคปและสายสวน แต่มีความละเอียดที่สูงกว่าและสามารถสังเกตโครงสร้างพื้นฐานได้ Skin OCT คือการตรวจสอบการสัมผัส และยังสามารถสังเกตโครงสร้างพื้นฐานได้อีกด้วย

OCT เริ่มต้นที่ใช้ในการปฏิบัติทางคลินิกคือ OCT1 ซึ่งประกอบด้วยคอนโซลและคอนโซลพลังงาน คอนโซลประกอบด้วยคอมพิวเตอร์ OCT, จอภาพ OCT, แผงควบคุมและหน้าจอการตรวจสอบ โรงไฟฟ้าประกอบด้วยระบบสังเกตอวัยวะและระบบควบคุมแสงรบกวน เนื่องจากคอนโซลและแท่นจ่ายไฟเป็นอุปกรณ์ที่ค่อนข้างอิสระ และทั้งสองเชื่อมต่อกันด้วยสายไฟ เครื่องมือจึงมีปริมาณมากขึ้นและมีพื้นที่มากขึ้น

โปรแกรมวิเคราะห์ของ OCT1 แบ่งออกเป็นการประมวลผลภาพและการวัดภาพ การประมวลผลภาพรวมถึงการปรับมาตรฐานภาพ การปรับเทียบภาพ การปรับเทียบภาพและการกำหนดมาตรฐาน ภาพ Gaussian Smoothing การปรับค่ามัธยฐานภาพ ขั้นตอนการวัดภาพจะน้อยกว่า การวัดความหนาของชั้นจอประสาทตาเท่านั้นและการวัดความหนาของชั้นเส้นใยประสาทตา อย่างไรก็ตาม เนื่องจาก OCT1 มีขั้นตอนการสแกนและขั้นตอนการวิเคราะห์น้อยกว่า OCT2 จึงแทนที่อย่างรวดเร็ว

OCT2 เกิดขึ้นจากการอัปเกรดซอฟต์แวร์บนพื้นฐานของ OCT1 นอกจากนี้ยังมีเครื่องมือบางอย่างที่รวมคอนโซลและโต๊ะพลังงานเข้าด้วยกันเพื่อสร้างเครื่องมือ OCT2 เครื่องมือนี้ลดขนาดจอภาพและสังเกตภาพ OCT และตรวจสอบตำแหน่งการสแกนของผู้ป่วยในหน้าจอคอมพิวเตอร์เครื่องเดียวกัน แต่การทำงานจะเหมือนกับ OCT1 ที่คล้ายกัน โดยจะใช้งานด้วยตนเองบนแผงควบคุม

การปรากฏตัวของ OCT3 ในปี 2545 เป็นเวทีใหม่ของเทคโนโลยี OCT นอกจากอินเทอร์เฟซการทำงานที่เป็นมิตรกับผู้ใช้มากขึ้นของ OCT3 แล้ว การดำเนินการทั้งหมดสามารถทำได้บนคอมพิวเตอร์ด้วยเมาส์ และโปรแกรมสแกนและวิเคราะห์ของคอมพิวเตอร์นั้นสมบูรณ์แบบมากขึ้นเรื่อยๆ ที่สำคัญกว่านั้น ความละเอียดของ OCT3 นั้นสูงกว่า ความละเอียดในแนวแกนคือ ≤10 μm และความละเอียดด้านข้างคือ 20 μm จำนวนตัวอย่างในแนวแกนที่ได้มาโดย OCT3 เพิ่มขึ้นจาก 128 เป็น 768 ใน 1 A-scan ดั้งเดิม ดังนั้นอินทิกรัลของ OCT3 จึงเพิ่มขึ้นจาก 131 072 เป็น 786 432 และโครงสร้างแบบลำดับชั้นของภาพตัดขวางของเนื้อเยื่อที่สแกนได้ชัดเจนยิ่งขึ้น