Chụp cắt lớp mạch lạc quang học

Các chụp cắt lớp mạch lạc quang học (OCT) như một phương pháp hình ảnh không xâm lấn được sử dụng chủ yếu trong y học. Các đặc tính phản xạ và tán xạ khác nhau của các loại vải khác nhau là cơ sở của phương pháp này. Là một phương pháp tương đối mới, OCT hiện đang khẳng định mình trong ngày càng nhiều lĩnh vực ứng dụng.

Quang học Coherence Tomography là gì?

Cơ sở vật lý của chụp cắt lớp kết hợp quang học là việc tạo ra một mẫu giao thoa khi các sóng tham chiếu được chồng lên các sóng phản xạ. Yếu tố quyết định là độ dài mạch lạc của ánh sáng.

Độ dài kết hợp biểu thị sự khác biệt lớn nhất về thời gian truyền giữa hai chùm sáng mà khi chồng chất lên nhau, vẫn cho phép hình thành mẫu giao thoa ổn định. Chụp cắt lớp kết hợp quang học sử dụng ánh sáng có độ dài kết hợp ngắn với sự trợ giúp của giao thoa kế để xác định khoảng cách của các vật liệu tán xạ.

Vì mục đích này, trong y học, khu vực cơ thể cần kiểm tra được quét tại các điểm. Phương pháp này cho phép khảo sát độ sâu tốt do độ xuyên thấu cao (1-3 mm) của bức xạ được sử dụng trong mô tán xạ. Đồng thời, cũng có độ phân giải dọc trục cao ở tốc độ đo cao. Do đó, chụp cắt lớp kết hợp quang học đại diện cho đối tác quang học của siêu âm.

Chức năng, tác dụng và mục tiêu

Phương pháp chụp cắt lớp kết hợp quang học dựa trên phép đo giao thoa ánh sáng trắng. Nó sử dụng sự chồng chất của ánh sáng tham chiếu với ánh sáng phản xạ để tạo thành một mẫu giao thoa. Cấu hình độ sâu của mẫu có thể được xác định. Đối với y học, điều này có nghĩa là kiểm tra các phần mô sâu hơn mà kính hiển vi thông thường không thể đạt được. Hai dải bước sóng đặc biệt được quan tâm cho các phép đo.

Một mặt, đây là dải phổ ở bước sóng 800 nm, dải phổ này cho độ phân giải tốt. Mặt khác, ánh sáng có bước sóng 1300 nm thâm nhập đặc biệt sâu vào mô và cho phép phân tích độ sâu đặc biệt tốt. Ngày nay, hai phương pháp ứng dụng chính của OCT được sử dụng, hệ thống OCT miền thời gian và hệ thống OCT miền Fourier. Trong cả hai hệ thống, ánh sáng kích thích được tách thành ánh sáng tham chiếu và ánh sáng mẫu qua giao thoa kế, theo đó giao thoa xảy ra với bức xạ phản xạ.

Bằng cách làm chệch hướng chùm mẫu qua khu vực kiểm tra, các hình ảnh mặt cắt được ghi lại, được kết hợp thành một bản ghi tổng thể. Hệ thống OCT miền thời gian dựa trên ánh sáng băng thông rộng, mạch lạc ngắn, chỉ tạo ra tín hiệu giao thoa khi cả hai chiều dài của giao thoa kế khớp với nhau. Vị trí của gương tham chiếu phải được đi qua để xác định biên độ tán xạ ngược. Do chuyển động cơ học của gương, thời gian cần thiết cho màn hình hiển thị quá cao, do đó phương pháp này không thích hợp để chụp ảnh nhanh.

Phương pháp Fourier Domain OCT thay thế hoạt động trên nguyên tắc phân hủy quang phổ của ánh sáng giao thoa. Toàn bộ thông tin độ sâu được ghi lại cùng một lúc và tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu được cải thiện đáng kể. Tia laze đóng vai trò như nguồn sáng, quét dần các bộ phận cơ thể cần kiểm tra. Các lĩnh vực ứng dụng của chụp cắt lớp kết hợp quang học chủ yếu là trong y học và đặc biệt là trong nhãn khoa, chẩn đoán ung thư và khám da. Các chiết suất khác nhau tại các mặt phân cách của các phần mô liên quan được xác định thông qua mẫu giao thoa của ánh sáng phản xạ với ánh sáng chuẩn và được hiển thị dưới dạng hình ảnh.

Trong nhãn khoa, cơ bản chủ yếu được kiểm tra. Các kỹ thuật cạnh tranh, chẳng hạn như kính hiển vi đồng tiêu, không thể hình ảnh đầy đủ cấu trúc phân lớp của võng mạc. Với các thủ tục khác, đôi khi mắt người quá căng thẳng. Trong lĩnh vực chẩn đoán mắt nói riêng, OCT do đó đã được chứng minh là rất có lợi thế, đặc biệt khi đo không tiếp xúc cũng loại trừ nguy cơ nhiễm trùng và căng thẳng tâm lý. Hiện nay, những triển vọng mới đang mở ra cho OCT trong lĩnh vực hình ảnh tim mạch.

Chụp cắt lớp quang học nội mạch dựa trên việc sử dụng ánh sáng hồng ngoại. Ở đây OCT cung cấp thông tin về các mảng, phần bóc tách, kích thước huyết khối hoặc stent. Nó cũng được sử dụng để mô tả các thay đổi hình thái trong mạch máu. Ngoài các ứng dụng trong y tế, chụp cắt lớp quang hợp cũng đang ngày càng chinh phục các lĩnh vực ứng dụng trong kiểm tra vật liệu, giám sát quy trình sản xuất hoặc kiểm soát chất lượng.

Rủi ro, tác dụng phụ và nguy hiểm

Chụp cắt lớp quang hợp có nhiều ưu điểm hơn các phương pháp khác. Đây là một thủ tục không xâm lấn và không tiếp xúc. Điều này cho phép phần lớn tránh được việc lây truyền các bệnh nhiễm trùng và sự xuất hiện của căng thẳng tâm lý. Hơn nữa, không có bức xạ ion hóa nào được sử dụng trong OCT.

Bức xạ điện từ được sử dụng phần lớn tương ứng với các dải tần số mà con người tiếp xúc hàng ngày. Một ưu điểm lớn khác của OCT là độ phân giải độ sâu không phụ thuộc vào độ phân giải ngang. Các phần mỏng được sử dụng trong kính hiển vi cổ điển không còn cần thiết vì quá trình này dựa trên phản xạ quang học thuần túy. Độ sâu xuyên thấu lớn của bức xạ được sử dụng cho phép tạo ra các hình ảnh siêu nhỏ trong mô sống.

Nguyên tắc hoạt động của phương pháp là rất chọn lọc, do đó, những tín hiệu dù rất nhỏ cũng có thể được phát hiện và gán cho một độ sâu nhất định. Đây là lý do tại sao OCT đặc biệt thích hợp để kiểm tra mô nhạy cảm với ánh sáng. Các hạn chế của việc sử dụng OCT là do độ sâu thâm nhập phụ thuộc vào bước sóng của bức xạ điện từ và độ phân giải phụ thuộc vào băng thông. Tuy nhiên, laser băng rộng đã được phát triển từ năm 1996, có độ phân giải độ sâu nâng cao hơn nữa.

Kể từ sự phát triển của UHR-OCT (OCT độ phân giải cực cao), nó thậm chí còn có thể hiển thị các cấu trúc dưới tế bào trong các tế bào ung thư ở người. Vì OCT vẫn còn là một thủ thuật rất non trẻ, không phải tất cả các khả năng đã được sử dụng hết. Chụp cắt lớp quang hợp hấp dẫn vì nó không gây nguy hiểm cho sức khỏe, có độ phân giải rất cao và rất nhanh.