Tomografia de coerência óptica

o Tomografia de coerência óptica (OCT), como método de imagem não invasivo, é usado principalmente na medicina. As diferentes propriedades de reflexão e dispersão de diferentes tecidos constituem a base deste método. Como um método relativamente novo, o OCT está se estabelecendo em cada vez mais áreas de aplicação.

O que é tomografia de coerência óptica?

A base física da tomografia de coerência óptica é a criação de um padrão de interferência quando ondas de referência são sobrepostas às ondas refletidas. O fator decisivo é o comprimento de coerência da luz.

O comprimento de coerência representa a diferença máxima no tempo de trânsito entre dois feixes de luz que, quando sobrepostos, ainda permite que um padrão de interferência estável surja. A tomografia de coerência óptica usa luz com um comprimento de coerência curto com a ajuda de um interferômetro para determinar as distâncias dos materiais de espalhamento.

Para isso, na medicina, a área do corpo a ser examinada é escaneada em pontos. O método permite uma boa investigação em profundidade devido à alta profundidade de penetração (1-3 mm) da radiação usada no tecido de espalhamento. Ao mesmo tempo, há também uma alta resolução axial em uma alta velocidade de medição. A tomografia de coerência óptica, portanto, representa a contrapartida óptica da ultra-sonografia.

Função, efeito e objetivos

O método da tomografia de coerência óptica é baseado na interferometria de luz branca. Ele usa a superposição da luz de referência com a luz refletida para formar um padrão de interferência. O perfil de profundidade de uma amostra pode ser determinado. Para a medicina, isso significa examinar seções de tecido mais profundas que não podem ser alcançadas com a microscopia convencional. Duas faixas de comprimento de onda em particular são de interesse para as medições.

Por um lado, esta é a faixa espectral em um comprimento de onda de 800 nm. Essa faixa espectral oferece boa resolução. Por outro lado, a luz com um comprimento de onda de 1300 nm penetra particularmente profundamente no tecido e permite uma análise de profundidade particularmente boa. Hoje, dois métodos principais de aplicação da OCT são usados, os sistemas OCT no domínio do tempo e os sistemas OCT no domínio de Fourier. Em ambos os sistemas, a luz de excitação é dividida em luz de referência e luz de amostra por meio de um interferômetro, pelo que ocorre interferência com a radiação refletida.

Ao desviar lateralmente o feixe de amostra sobre a área de exame, imagens seccionais são gravadas, que são mescladas em uma gravação geral. O sistema Time Domain OCT é baseado em luz de banda larga com coerência curta, que só gera um sinal de interferência quando os comprimentos de braço do interferômetro coincidem. A posição do espelho de referência deve ser passada para determinar a amplitude de retroespalhamento. Devido ao movimento mecânico do espelho, o tempo necessário para a exibição é muito alto, de modo que este método não é adequado para imagens rápidas.

O método alternativo de OCT do Domínio de Fourier trabalha com o princípio da decomposição espectral da luz interferida. Toda a informação de profundidade é gravada ao mesmo tempo e a relação sinal-ruído é significativamente melhorada. Os lasers servem como fontes de luz, que escaneiam gradualmente as partes do corpo a serem examinadas. As áreas de aplicação da tomografia de coerência óptica são principalmente na medicina e aqui particularmente na oftalmologia, diagnóstico de câncer e exames de pele. Os diferentes índices de refração nas interfaces das seções de tecido em questão são determinados por meio do padrão de interferência da luz refletida com a luz de referência e exibidos como uma imagem.

Na oftalmologia, o fundo é examinado principalmente. Técnicas concorrentes, como o microscópio confocal, não conseguem imagens adequadas da estrutura em camadas da retina. Com outros procedimentos, o olho humano às vezes fica muito estressado. No campo do diagnóstico oftalmológico em particular, o OCT provou ser muito vantajoso, especialmente porque a medição sem contato também exclui o risco de infecção e estresse psicológico. Atualmente, novas perspectivas se abrem para a OCT no campo da imagem cardiovascular.

A tomografia de coerência óptica intravascular é baseada no uso de luz infravermelha. Aqui, a OCT fornece informações sobre placas, dissecções, trombos ou dimensões do stent. Também é usado para caracterizar alterações morfológicas nos vasos sanguíneos. Além das aplicações médicas, a tomografia de coerência óptica vem conquistando cada vez mais áreas de aplicação em testes de materiais, monitoramento de processos de produção ou controle de qualidade.

Riscos, efeitos colaterais e perigos

A tomografia de coerência óptica tem muitas vantagens sobre outros métodos. É um procedimento não invasivo e sem contato. Isso permite que a transmissão de infecções e a ocorrência de estresse psicológico sejam amplamente evitadas. Além disso, nenhuma radiação ionizante é usada na OCT.

A radiação eletromagnética usada corresponde amplamente às faixas de frequência a que os humanos são expostos diariamente. Outra grande vantagem da OCT é que a resolução em profundidade não depende da resolução transversal. As lâminas usadas na microscopia clássica não são mais necessárias porque o processo é baseado na reflexão puramente óptica. A grande profundidade de penetração da radiação usada permite que imagens microscópicas sejam geradas em tecidos vivos.

O princípio de operação do método é muito seletivo, de modo que mesmo sinais muito pequenos podem ser detectados e atribuídos a uma determinada profundidade. É por isso que a OCT é particularmente adequada para examinar tecidos sensíveis à luz. As limitações do uso de OCT resultam da profundidade de penetração dependente do comprimento de onda da radiação eletromagnética e da resolução dependente da largura de banda. No entanto, os lasers de banda larga foram desenvolvidos desde 1996, que avançaram ainda mais na resolução de profundidade.

Desde o desenvolvimento da UHR-OCT (OCT de ultra-alta resolução), foi possível até mesmo exibir estruturas subcelulares em células cancerosas humanas. Como a OCT ainda é um procedimento muito jovem, nem todas as possibilidades se esgotaram. A tomografia de coerência óptica é atrativa porque não oferece risco à saúde, tem resolução muito alta e é muito rápida.