PRINCIPIOS BASICOS DE LA TOMOGRAFIA DE COHERENCIA OPTICA (OCT)
Planteamiento
de base
Imagen: como se ve la OCT
La Tomografía de Coherencia Óptica (OCT) es una
técnica de imagen que funciona de forma similar a la ecografía, solo que con el
uso de las ondas de luz en lugar de ondas de sonido. Mediante el uso de la
información del tiempo de retardo contenida en las ondas de luz que se han
reflejado desde diferentes profundidades dentro de una muestra, un sistema de
OCT puede reconstruir un perfil de profundidad de la estructura de la muestra.
Las imágenes tridimensionales pueden pues crearse mediante la exploración del
haz de luz lateralmente a través de la superficie de la muestra. Mientras que la
resolución lateral se determina por el tamaño de la mancha del haz de luz, la
profundidad (o resolución axial) depende principalmente del ancho de banda de la
fuente de luz. Por esta razón, los sistemas de OCT pueden combinar altas
resoluciones axiales con grandes profundidades de campo, por lo que sus
aplicaciones primarias han incluido imágenes in vivo a través de secciones
gruesas de los sistemas biológicos, particularmente en el cuerpo humano. La
técnica ya se ha establecido como una modalidad de imagen estándar para imágenes
oftalmológicas de retina, así como de segmento anterior, con numerosos
instrumentos comerciales en el mercado. La aplicación de imágenes de OCT en
otras áreas biomédicas tales como la imagen endoscópica de los sistemas
gastrointestinal y cardiovascular es actualmente un campo activo de
investigación.
Tecnología
Hay dos categorías principales de la
instrumentación de OCT: la de dominio en el tiempo OCT (TDOCT) y la de dominio
espectral (SDOCT). El dominio en el tiempo la tecnología de OCT es más intuitiva
de entender, como suele ocurrir con tecnologías mas antiguas. Los equipos
basados en el Dominio espectral están reemplazando rápidamente a la tecnología
Time-Domain en la mayoría de las aplicaciones, ya que ofrece ventajas
significativas en la sensibilidad y la velocidad de imagen.
El dominio en el tiempo (TDOCT)
La figura muestra un diagrama esquemático de la
configuración básica de la tecnología TDOCT a base de fibras. El interferómetro
de Michelson divide la luz de la fuente de banda ancha en dos caminos, los
brazos de referencia y de muestra. El brazo de referencia se termina mediante un
espejo que pueden ser escaneado en la dirección axial; en el brazo de la
muestra, la luz está débilmente centrada en una muestra. La señal de
interferencia entre la onda reflejada de referencia y la señal de la muestra
retrodispersada se registran entonces.
La capacidad óptica de corte axial de la
técnica se debe a las siguientes razones:
· Igualdad de longitud óptica entre referencia
y medida; a causa de que la luz es emitida desde una fuente de banda ancha
(amplio rango de longitudes de onda ópticas), una señal de interferencia fuerte,
sólo se detecta cuando la luz de los brazos de referencia y la muestra ha
viajado la misma distancia óptica. Específicamente, la interferencia coherente
sólo se observa cuando los caminos ópticos difieren en menos de la longitud de
coherencia de la fuente de luz, una cantidad que es inversamente proporcional a
su ancho de banda óptico.
· La reflectividad óptica es función directa
del espesor; el acto de traducir (axialmente de barrido) el brazo del reflector
de referencia es equivalente a la realización de la sección óptica de la
muestra, lo que permite la generación de mapa de reflectividad óptica función de
la profundidad.
· La rotación de un espejo direcciona los
distintos haces para la obtención de imagen 2D-3D; una exploración transversal
de la muestra (para construir una imagen tomográfica de dos o tres dimensiones-)
se consigue mediante la rotación de un espejo
muestra.
Dominio espectral (SDOCT)
La figura muestra el esquema de fibras en un
sistema SDOCT. La mayoría de los componentes son idénticos a la configuración de
la tecnología de dominio en el tiempo. La diferencia clave es que en un sistema
SDOCT la longitud del brazo de referencia se fija. En lugar de obtener la
información de profundidad de la muestra mediante la exploración de la longitud
del brazo de referencia, la luz de salida del interferómetro se analiza con un
espectrómetro (de ahí el término dominio espectral). Se puede demostrar que el
espectro medido de la salida interferómetro contiene la misma información que
una exploración axial del brazo de referencia. El mapa de reflectividad óptica
función de la profundidad se obtiene a partir del espectro de salida a través de
un interferómetro de Transformada de Fourier.
Otra variante de SDOCT utiliza un láser de
longitud de onda sintonizable-para barrer rápidamente a través de una gama de
longitudes de onda, permitiendo que el espectro a la salida del interferómetro
sea registrado de forma secuencial utilizando un solo detector. Esta técnica se
llama Swept-Source (SSOCT) y es particularmente interesante para OCT de los
tejidos que necesiten longitudes de onda más largas que 1
micrómetro.
Comparativa de OCT, con otras modalidades de imágenes
Las OCT se pueden comparar directamente con las
técnicas alternativas en términos de varios criterios: la resolución, la
profundidad de imagen, tiempo de adquisición, la complejidad y la intrusión de
la muestra. Con respecto a los dos primeros, las OCT ocupan un nicho
representado en la figura. La profundidad de imagen está normalmente limitada a
unos pocos milímetros, menos de la ecografía, la resonancia magnética (MRI), o
de rayos X de tomografía computarizada (TC), pero su resolución es mayor. Esta
comparación se invierte con respecto a la microscopía confocal. Al igual que el
ultrasonido, el tiempo de adquisición de OCT es lo suficientemente corto como
para apoyar la obtención de imágenes tomográficas en las tasas de vídeo, por lo
que es mucho más tolerante que el movimiento del sujeto que la TC o RM. No
requiere contacto físico con la muestra, y puede ser utilizado en órganos llenos
de aire o huecos (a diferencia de ultrasonidos). La OCT utiliza radiaciones no
ionizantes en los niveles biológicamente seguros, lo que permite largos tiempos
de exposición, y su nivel de complejidad está más cerca de la ecografía que a TC
o RM, lo que permite la realización de escáneres portátiles a bajo coste. El
carácter de punto de exploración de la tecnología OCT le permite ser
implementado en fibra óptica, lo que hace que la imagen endoscópica y basado en
el catéter sea posible.
Dentro del mundo de la oftalmología, cabe
destacar los sistemas de SDOCT de:
- Heidelberg Engineering con su OCT+Spectralis
- Optopol, en punta de lanza tecnológica con su Copernicus Plus, con capacidad de análisis de segmento anterior y posterior
- Carl Zeiss Meditec y su Cirrus HR, un líder en el mercado
- Topcon y su 3D-OCT
En los tiempos recientes, hemos visto como, los
nuevos sistemas de láser de femptosegundo de aplicación (entre otras), en
cirugía de cataratas, implementaban sistemas de biometría en vivo para el
posicionamiento de los “disparos” de laser, basados en SDOCT, con resultados muy
buenos.
Tendencias
Los acontecimientos recientes en el campo de
OCT han incluído el despliegue de fuentes de ancho de banda extremadamente
amplio, principalmente sobre la base de la generación de supercontinua en
diversas formas de fibra óptica, pero también el empleo de las fuentes
incandescentes, para lograr resoluciones axiales de alrededor de 1 micra. Se
trabaja en métodos alternativos de contraste basados en las propiedades de
polarización como: la birrefringencia de la muestra (dependencia de la velocidad
de fase en la polarización) y el dicroísmo (dependencia de la amplitud en la
polarización).
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