Принцип оптической когерентной томографии (ОКТ)
Оптическая когерентная томография (ОКТ) — неинвазивный метод визуализации, основанный на измерении интерференции когерентного света, отражённого от различных структур биологических тканей. В основе метода лежит явление низкокогерентной интерферометрии, позволяющее получать послойные изображения с высоким разрешением на микроскопическом уровне. Благодаря использованию инфракрасного излучения с длиной волны порядка 800–1300 нм, обеспечивается хорошее проникновение в биологические среды и возможность исследования тканей на глубину до нескольких миллиметров.
Низкокогерентная интерферометрия
Ключевым элементом ОКТ является использование источника низкокогерентного излучения, такого как сверхлюминесцентный диод (SLD) или фемтосекундный лазер. Низкая когерентность обеспечивает высокое аксиальное (глубинное) разрешение. Свет делится на два пучка: один направляется в референсное (эталонное) плечо интерферометра, а другой — на исследуемый образец. Отражённые волны с обоих плеч интерферируют, если оптические пути совпадают в пределах когерентной длины источника. Интенсивность интерференционного сигнала зависит от отражающих свойств микроструктур ткани и позволяет реконструировать их глубинное распределение.
Типы оптической когерентной томографии
Развитие технологий ОКТ привело к появлению различных её модификаций:
Time-domain ОКТ (TD-OCT) — классический метод, при котором длина оптического пути в референсном плече изменяется механически. Интерференционный сигнал регистрируется в зависимости от положения зеркала.
Spectral-domain ОКТ (SD-OCT) — реализуется за счёт анализа спектра интерференционного сигнала без необходимости перемещения зеркала. Применяется дифракционная решётка и линейный спектрометр. Позволяет существенно увеличить скорость съёмки и улучшить соотношение сигнал/шум.
Swept-source ОКТ (SS-OCT) — используется тюнируемый лазер, сканирующий по частоте. Время регистрации сигнала сокращается, глубина проникновения увеличивается, что делает метод особенно эффективным для визуализации глубоких структур.
Пространственное разрешение и параметры визуализации
Разрешающая способность ОКТ характеризуется двумя ключевыми параметрами:
Типичные изображения, получаемые с помощью ОКТ, называются B-сканами, то есть двумерными срезами в поперечном направлении. Объединение последовательных B-сканов позволяет формировать трёхмерные реконструкции исследуемого объекта.
Применение в медицине
ОКТ занимает важное место в современной диагностике благодаря высокой информативности и безопасности метода. Наиболее широкое применение метод получил в следующих областях:
Офтальмология: исследование сетчатки, диска зрительного нерва, макулярной области, переднего отрезка глаза. ОКТ является золотым стандартом для диагностики глаукомы, возрастной макулярной дегенерации, диабетической ретинопатии.
Кардиология: интраваскулярная ОКТ (IVOCT) позволяет визуализировать стенки коронарных артерий, обнаруживать атеросклеротические бляшки, оценивать состояние стентов и толщину фиброзной капсулы. Метод превосходит внутрисосудистое ультразвуковое исследование по разрешению.
Дерматология: визуализация эпидермиса и дермы с целью диагностики опухолей кожи, воспалительных заболеваний и оценки эффективности терапии.
Онкология: выявление ранних стадий злокачественных новообразований за счёт различий в оптической плотности здоровых и патологически изменённых тканей.
Стоматология: диагностика кариеса, оценка состояния эмали и дентина, исследование периодонтальных тканей.
Гастроэнтерология: эндоскопическая ОКТ позволяет проводить визуализацию слизистой пищевода и кишечника, выявлять неопластические изменения.
Физические основы формирования сигнала
Контраст в ОКТ формируется за счёт различий в коэффициентах отражения и рассеяния света на границах сред с разной оптической плотностью. В биологических тканях основными источниками рассеяния являются клеточные мембраны, ядра, митохондрии и межклеточный матрикс. Поглощение также играет роль, особенно при использовании длин волн ближе к 800 нм, где влияние хромофоров (гемоглобин, меланин) становится более выраженным.
Интерференционный сигнал ослабляется экспоненциально с глубиной проникновения света в ткань из-за рассеяния и поглощения. Поэтому глубина визуализации в сильно рассеивающих средах, таких как кожа или миокард, ограничена несколькими миллиметрами.
Ограничения и артефакты метода
Несмотря на высокую информативность, ОКТ имеет ряд ограничений:
Для борьбы с артефактами используются методы коррекции движения, аппроксимации формы сигнала и увеличение скорости сканирования.
Дополнительные режимы ОКТ
ОКТ-ангиография (OCTA) — технология, основанная на детектировании изменений сигнала, вызванных движением эритроцитов. Позволяет визуализировать сосудистую сеть без введения контрастных веществ. Особенно полезна в офтальмологии и онкологии.
Поляризационно-чувствительная ОКТ (PS-OCT) — использует изменение поляризации при прохождении света через ткани. Применяется для оценки коллагеновой структуры и выявления патологий, сопровождающихся деполяризацией.
Доплеровская ОКТ — фиксирует изменения фазы интерференционного сигнала, связанные с движением частиц в потоке. Используется для оценки скорости кровотока.
Аппаратные реализации
Современные ОКТ-установки включают в себя:
Компактные ОКТ-устройства внедряются в виде ручных зондов, эндоскопических насадок, интраваскулярных катетеров.
Текущие направления исследований
Современные исследования направлены на:
ОКТ представляет собой один из наиболее быстро развивающихся методов оптической визуализации в биомедицине, объединяя высокое пространственное разрешение, быстроту получения данных и отсутствие ионизирующего излучения.