Optical Coherence Tomography

مقطع نگاری همدوس اپتیکی(OCT)

 چشم انداز

روش نسبتا جدیدی (برای اولین بار در اواخر ۱۹۸۰) است و در حال حاضر نفوذ خود را در زمینه‌های مختلف شروع کرده‌است و یک تکنولوژی با رزولیشن بالا در مقطع نگاری پزشکی است. OCT شبیه سونوگرافی است با این تفاوت که از نور بجای صوت استفاده می کند و می تواند تصاویر مقطعی از میکروساختار های بافتی را به صورت آنی و زنده تهیه نماید. وضوح بالا و افزایش سرعت از نقاط قوت این روش است. منابع نوری، آشکارسازها و اسکنر در آینده این امر را میسر خواهند کرد که، تصاویر میکروسکوپی سه بعدی با رزولوشن بالا در بافت زنده در سرعت‌های بالا انجام گیرد. مقدار داده‌ها برای ثبت تصاویر با کیفیت بالا به چند گیگا voxel در ثانیه می‌رسد.

معرفی

OCT بسط داده شده است از تکنیکی به نام تداخل سنجی با همدوسی کم که در ابتدا در چشم پزشکی به منظور اندازه گیری طول محوری چشم در شرایط طبیعی (in vivo) استفاده می شده که از نور برای دیدن مقاطعی از سگمنت های قدامی بیماری های شبکیه مانند جداسازی لکه زرد ، سوراخ لکه زرد، غشای روی شبکیه، آماس و سیروزهای ناشناخته مرکزی کوریورتینوپاتی (بیماریهای شبکیه) استفاده می شد .مقطع نگاری همدوس اپتیکی همچنین برای ازیابی دیسک نوری ولایه های شبکیه مانند لایه فیبری عصبی شبکیه (RNFL) استفاده می شود. OCT مقاطعی از درون میکروساختارهای بافت را با استفاده از اندازه گیری پرتوهای متفرقه بازگشتی و همچنین پرتوهای انعکاسی به تصویر می کشد که این کار اولین بار در سال 1991 انجام شد. تصویربرداری OCTدر شبکیه انسان و پلاک آرترواسکلروزیس بعنوان روشی جهت اخذ تصویر از محیطهای شفاف با پراکندگی ضعیف و محیطهای غیرشفاف که بشدت پراکنده هستند در شرایط آزمایشگاهی انجام شد OCT . در ابتدا در تصویربرداری از چشم و تا به امروز بیشترین کاربرد را در چشم پزشکی داشته است. اولین مقطع نگاری در شرایط طبیعی(غیرآزمایشگاهی) از دیسک نوری و نقطه کور در سال 1993 ثبت شد. OCTقادر است تصویری بدون (ماده) کنتراست و غیر تهاجمی از چشم قدامی در حدی که تصاویر مورفولوژی شبکیه ، شامل فرورفتگی (لکه زرد) و دیسک نوری را به طور برجسته نشان دهد.

این تکنولوژی در سال 1996 به صنعت واگذار و به عنوان تجهیزات تشخیصی چشم پزشکی معرفی شد(سیستم هامفری، دوبلین CA). مطالعات بالینی بیشماری توسط گروه های زیادی در چندین سال گذشته انجام شده.

کاربردها

خلاصه کاربرد های آن عبارتند از:

۱- چشم پزشکی (تشخیص بیماری‌های رتینا)
۲- ماموگرافی (تشخیص سرطان پستان)
۳- دندان پزشکی (تشخیص زود هنگام پوسیدگی‌های دندان)
۴- پوست و مو (تشخیص بیماری‌های پوستی، تشخیص زود هنگام سرطان‌های پوستی)
۵- قلبی-عروقی (تشخیص پلاک‌های آسیب پذیر)
۶- آندوسکوپی (تشخیص بیماری‌های دستگاه گوارش)

پیشرفت های اخیر در تکنولوژیOCT این امکان را فراهم کرده که از بافت های غیر شفاف نیز تصویربرداری شود و در نتیجه این توانایی امکان کاربرد آنرا در پهنه وسیعی از حرفه های پزشکی فراهم می کند. عمق تصویربرداری با تضعیف نور توسط بافت ،پراکندگی و جذب آن محدود می شود. به هرحال تصویربرداری تا عمق 2-3 میلی متر در بافت قابل دسترسی است. و این روش هم سطح با تصویربرداری معمولی است که با نمونه برداری سنتی و بافت شناسی به دست می آید. اگر چه که عمق این روش به اندازه عمق سونوگرافی نیست اما رزولیشن (قدرت تفکیک) OCT 10 تا 100 برابر بهتر سونوگرافی استاندارد بالینی است. OCT در شرایط آزمایشگاهی به منظور تصویربرداری آسیب شناسی شریانی به کار برده می شود و می تواند با پلاک های مورفولوژی تفاوت ابجاد کند. مطالعات تصویربرداری همچنین در شرایط آزمایشگاهی نشان داده داده که قابل استعمال در درماتولوژی(امراض مربوط به پوست) ، گاستروانترولوژی (مبحث گوارش) ، اورولوژی ، جنکولوژی (مبحث امراض زنان)، جراحی ، جراحی اعصاب و روماتولوژی نیز می باشد. OCT همچنین برای تصویربرداری از نمونه های بیولوژیکی در شرایط غیرآزمایشگاهی کاربرد دارد. OCT در کاربرد برای بیولوژی پیشرفته مناسب می باشد چرا که اجازه تصویربرداری مکرر از مورفولوژی در حال پیشرفت را بدون لزوم به تحمل خطرات تابشی می دهد. پیشرفت های بیشماری در زمینه تکنولوژیOCT صورت گرفته است.تصویربرداری OCT  آنی فوق سریع تصویرهایی با سرعت ارزیابی چندین فریم در ثانیه را نمایش می گذارد. OCT قدرت تفکیک بالا (رزولیشن بالا) و فوق بالا (رزولیشن خیلی زیاد) فایده لیزرهایی جدید با منبع نور ورزولیشن محوری را تا حد 1 میکرومتر را اثبات کرده و به ان دست یافته است.OCT در سطح سلولی اخیرا به صورت منحصربه فردی در حیطه بیولوژی رشدی هنر نمایی کرده است.OCT بهمراه کاتتراسیون و آندوسکوپی و لاپراسکوپی اجازه دیدن اجزای داخلی بدن را می دهند. تصویربرداری OCT  با کاتتر و آندوسکوپ از جهاز گوارشی فوقانی ، برونش ها و مجاری ادراری حتی تصویربرداری شریانی در نمونه های جانوری زنده مشاهده شده.  مطالعات اندوسکوپی مقدماتی ابتدایی با OCT در نمونه های بشری نیز گزارش شده است. مطالعات مقدماتی بالینی در حال حاضر در بسیاری از گروه های تحقیقاتی به کار برده می شود.

بطور کلی OCT در سه زمینه بالینی می تواند کابردهایی مهمی داشته باشد:1- هرکجا که بیوپسی مرسوم (بهمراه برش دادن) امکان پذیر نباشد 2- زمانی که بیوپسی مرسوم ضریب خطای غیر قابل قبول زیادی به دلیل خطای نمونه برداری دارد 3- برای هدایت روش های جراحی مداخله ای.

فیزیک

معرفی اولین تجهیزات بالینی محدود می شود به اسکن سریع باسرعت 400 اسکن محوری(a-scans) برثانیه که محدودیت های فیزیکی آن آینه مرکزی درحال حرکتش است. مقطع نگاری همدوس اپتیکی از تکنیک تداخل سنجی با همدوسی کم برای بدست آوردن A-اسکن هایی با شدت خوب استفاده می کند و این پروسه به نور نیاز دارد تا (اطلاعات را) جداسازی کرده و از یک بازوی مرجع و یک ایینه به نمونه بفرستد. با این شرط که در طول مسیر،آیینه مرجع و بافت، در راستای همدوسی از منبع،  باهم منطبق شوند. وقتی که پرتومنعکس شده ترکیب شود تداخل اتفاق می افتد. شدت اطلاعات به شکل عمق انعکاس برش می تواند از تداخل صورت گرفته بیرون کشیده شود و تغییر موقعیت مکانی ایینه مرجع اجازه می دهد که پرتوهای متفرق برگشتی بافت از شدتهای هم سطح توسط عمق های مختلف نمونه کشف شوند.

این رویکرد به حوزه زمانی(Time-Domain OCT) مربوط می شود چرا که سیگنال های زمانی کدگذاری شده مستقیما به دست آمده اند. پس از اولین سیستم تجاری TD-OCTچندین اصلاح و بازسازی در سخت افزارهای مقطع نگاری همدوس اپتیکی صورت گرفته تا چنین مجموعه توانایی به دست بیاید. بهترشدن رزولیشن محوری و افزایش سرعت اسکن دو مقوله اصلی هستند که شرکت های تجاری در حال حاضر به ان می پردازند.

اجرای پهنای باند منبع نور در OCT رزولیشن محوری را ازحد 10میکرومتر تا 2 میکرومتر دربافت بالا می برد. سرعت جمع اوری داده ها به طور قابل ملاحظه ای توسط دریافت سیگنال پرتوهای متفرق شده برگشتی در فضای فرکانسی افزایش می یابد.این توانایی(backscattering) به ما امکان مکان یابی (و جمع اوری توالی اطلاعاتی) را بدون جابجا کردن آیینه منبع می دهد. اطلاعات فرکانسی نیز توسط عرض پهنای باند منبع نوری، دوربین دستگاه های باز جفت شده(CCD) ، طیف سنج ها یا بوسیله زدودن پهنای باند محدود، درمیان محدوده وسیعی از فرکانس هابا آشکارسازهای نوری به دست می آیند. دست یابی به ترکیب پهنای باند منبع نوری اغلب به محدوده طیفOCT(spectral-domain) مربوط می شود چرا که دوره های قبلی توسط منبعOCT(Swept Source) جاروب می شوند.در هردو رویکرد، شدت برش A-اسکن ها با استفاده از تبدیل فوریه فرکانس را کشف کرده و به جمع آوری سریعتر A-اسکن ها کمک می کنند. همچنین سرعت اسکن را بهبود می بخشد، فضای فرکانسی OCT به عنوان مزیتی برای حساسیت بالاتر یعنی نمایش بیشتر نسبت حساسیت به نویز با توجه با بازتابنده های عالی. خلاصه ی تکنیک های گیرنده هایOCT را می توان در جدول 1 مشاهده کرد.

باچنین حساسیت و سرعت ،در حال حاضر (OCT)قادر است اطلاعات سه بعدی بافت را جمع اوری کرد در حالی که در گذشته مدت زمان (طویل بودن زمان) مانع ان بود. پهنای باند سه بعدی شبکیه باتکنیک SD-OCT با سرعتی بالاتر از 312500a –اسکن در ثانیه و باتکنیک SS-OCT به 249000 a-اسکن در ثانیه رسیده است. این در حالی است که در پیشینه تجهیزات پزشکی درسیستم جمع آوری داده ها به سرعت تقریبی 27000 a-اسکن در ثانیه و قدرت تفکیکی در حد 5-6 میکرومتر رسیده بودند. خلاصه ای از س�