Tomografia a coerenza ottica

Il tomografia a coerenza ottica (ottobre) in quanto metodo di imaging non invasivo viene utilizzato principalmente in medicina. Le diverse proprietà di riflessione e diffusione dei diversi tessuti costituiscono la base di questo metodo. In quanto metodo relativamente nuovo, l'OCT si sta attualmente affermando in un numero sempre maggiore di settori di applicazione.

Cos'è la tomografia a coerenza ottica?

La base fisica della tomografia a coerenza ottica è la creazione di un pattern di interferenza quando le onde di riferimento sono sovrapposte alle onde riflesse. Il fattore decisivo è la lunghezza di coerenza della luce.

La lunghezza di coerenza rappresenta la massima differenza di tempo di transito tra due fasci di luce che, se sovrapposti, consente comunque il sorgere di un pattern di interferenza stabile. La tomografia a coerenza ottica utilizza la luce con una lunghezza di coerenza breve con l'aiuto di un interferometro per determinare le distanze dei materiali di dispersione.

A tal fine, in medicina, l'area del corpo da esaminare viene scansionata in punti. Il metodo consente una buona indagine in profondità grazie all'elevata profondità di penetrazione (1-3 mm) della radiazione utilizzata nel tessuto di diffusione. Allo stesso tempo, c'è anche un'elevata risoluzione assiale con un'elevata velocità di misurazione. La tomografia a coerenza ottica rappresenta quindi la controparte ottica della sonografia.

Funzione, effetto e obiettivi

Il metodo della tomografia a coerenza ottica si basa sull'interferometria a luce bianca. Utilizza la sovrapposizione della luce di riferimento con la luce riflessa per formare uno schema di interferenza. È possibile determinare il profilo di profondità di un campione. Per la medicina, questo significa esaminare sezioni di tessuto più profonde che non possono essere raggiunte con la microscopia convenzionale. Due intervalli di lunghezze d'onda in particolare sono di interesse per le misurazioni.

Da un lato, questa è la gamma spettrale a una lunghezza d'onda di 800 nm, che fornisce una buona risoluzione. D'altra parte, la luce con una lunghezza d'onda di 1300 nm penetra particolarmente in profondità nel tessuto e consente un'analisi della profondità particolarmente buona. Oggi vengono utilizzati due metodi di applicazione principali di OCT, i sistemi OCT nel dominio del tempo e i sistemi OCT nel dominio di Fourier. In entrambi i sistemi, la luce di eccitazione viene suddivisa in luce di riferimento e luce campione tramite un interferometro, per cui si verifica un'interferenza con la radiazione riflessa.

Deviando lateralmente il raggio del campione sull'area di esame, vengono registrate immagini in sezione, che vengono unite in una registrazione complessiva. Il sistema OCT nel dominio del tempo si basa su una luce a banda larga e breve coerente, che genera un segnale di interferenza solo quando entrambe le lunghezze del braccio dell'interferometro corrispondono. La posizione dello specchio di riferimento deve essere passata per determinare l'ampiezza della retrodiffusione. A causa del movimento meccanico dello specchio, il tempo richiesto per il display è troppo alto, quindi questo metodo non è adatto per l'imaging veloce.

Il metodo alternativo di Fourier Domain OCT lavora sul principio della decomposizione spettrale della luce interferita. L'intera informazione sulla profondità viene registrata contemporaneamente e il rapporto segnale / rumore è notevolmente migliorato. I laser fungono da sorgenti luminose, che scansionano gradualmente le parti del corpo da esaminare. Le aree di applicazione della tomografia a coerenza ottica sono principalmente in medicina e qui in particolare in oftalmologia, diagnostica del cancro e esami della pelle. I diversi indici di rifrazione alle interfacce delle sezioni di tessuto interessate vengono determinati tramite il modello di interferenza della luce riflessa con la luce di riferimento e visualizzati come un'immagine.

In oftalmologia, il fondo viene principalmente esaminato. Le tecniche concorrenti, come il microscopio confocale, non sono in grado di visualizzare adeguatamente la struttura a strati della retina. Con altre procedure, l'occhio umano a volte è troppo stressato. Nel campo della diagnostica dell'occhio in particolare, l'OCT si è dimostrato molto vantaggioso, soprattutto perché la misurazione senza contatto esclude anche il rischio di infezione e stress psicologico. Attualmente si stanno aprendo nuove prospettive per l'OCT nel campo dell'imaging cardiovascolare.

La tomografia a coerenza ottica intravascolare si basa sull'uso della luce infrarossa. Qui l'OCT fornisce informazioni su placche, dissezioni, trombi o dimensioni dello stent. È anche usato per caratterizzare i cambiamenti morfologici nei vasi sanguigni. Oltre alle applicazioni mediche, la tomografia a coerenza ottica sta conquistando sempre più ambiti di applicazione nelle prove sui materiali, per il monitoraggio dei processi produttivi o nel controllo qualità.

Rischi, effetti collaterali e pericoli

La tomografia a coerenza ottica presenta molti vantaggi rispetto ad altri metodi. È una procedura non invasiva e senza contatto. Ciò consente di evitare in gran parte la trasmissione di infezioni e il verificarsi di stress psicologico. Inoltre, nell'OCT non vengono utilizzate radiazioni ionizzanti.

La radiazione elettromagnetica utilizzata corrisponde in gran parte alle gamme di frequenza a cui gli esseri umani sono esposti quotidianamente. Un altro grande vantaggio dell'OCT è che la risoluzione della profondità non dipende dalla risoluzione trasversale. Le sezioni sottili utilizzate nella microscopia classica non sono più necessarie perché il processo si basa sulla riflessione puramente ottica. L'ampia profondità di penetrazione della radiazione utilizzata consente di generare immagini microscopiche nei tessuti viventi.

Il principio di funzionamento del metodo è molto selettivo, in modo che anche segnali molto piccoli possano essere rilevati e assegnati a una certa profondità. Questo è il motivo per cui OCT è particolarmente adatto per l'esame di tessuti fotosensibili. I limiti dell'uso dell'OCT derivano dalla profondità di penetrazione dipendente dalla lunghezza d'onda della radiazione elettromagnetica e dalla risoluzione dipendente dalla larghezza di banda. Tuttavia, dal 1996 sono stati sviluppati laser a banda larga, che hanno ulteriormente migliorato la risoluzione della profondità.

Dallo sviluppo di UHR-OCT (OCT ad altissima risoluzione), è stato persino possibile visualizzare strutture subcellulari nelle cellule tumorali umane. Poiché l'OCT è ancora una procedura molto giovane, non tutte le possibilità sono state esaurite. La tomografia a coerenza ottica è interessante perché non rappresenta un rischio per la salute, ha una risoluzione molto elevata ed è molto veloce.