Оптическая когерентная томография (ОКТ) - это неинвазивный метод оптической визуализации, который обеспечивает получение изображений в реальном времени в формате 1D, 2D и 3D с разрешением на уровне микрон. При этом глубина визуализации может составлять несколько миллиметров. Изображения ОКТ состоят из структурной информации об образце, полученной на основе анализа света, рассеянного обратно из разных слоев материала. Метод оптической когерентной томографии может обеспечивать визуализацию в режиме реального времени и может быть улучшен с помощью контраста двойного лучепреломления или функциональной визуализации кровотока с дополнительными доработками технологии.
Компания Thorlabs разработала широкий спектр систем визуализации для ОКТ, которые работают на нескольких длинах волн, имеют разное разрешение и скорость визуализации, и при этом имеют компактные размеры для портативности. Кроме того, компания Thorlabs стремится сделать из своих систем ОКТ решения, отвечающие уникальным требованиям каждого клиента, поэтому ОКТ системы Thorlabs имеют модульную структуру и легко модифицируются для различных применений.
Примеры применений ОКТ
|
Реставрация предметов искусства |
Оболочка лекарства |
In-vivo визуализация |
|
Биология |
Язык мыши |
3D профилирование |
|
Клетки сетчатки глаза |
Маленькое животное |
Визуализация тканей |
ОКТ является оптическим аналогом ультразвука, обладая меньшей глубиной визуализации при значительно более высоком разрешении (см. рисунок 1). Благодаря глубине визуализации до 15 мм и осевому разрешению более 5 микрометров, ОКТ занимает нишу между ультразвуковой и конфокальной микроскопией.
Кроме высокого разрешения еще одним преимуществом ОКТ является бесконтактная неинвазивная визуализация. Это позволяет использовать ОКТ для визуализации таких образцов как биологические ткани, мелкие животные и другие материалы. Недавние достижения в области ОКТ привели к появлению нового класса технологий, получившего название Fourier Domain OCT (ОКТ с использованием преобразования Фурье), который позволил получать изображения со скоростью более 700 000 строк в секунду1.
Рис.1 Сравнение методов визуализации
Fourier Domain OCT (FD-OCT) основана на интерферометрии с низкой когерентностью, которая использует когерентные свойства источника света для измерения задержек света в оптическом пути с образцом. В ОКТ для получения изображений в поперечном сечении с разрешением на уровне микрона используется система на базе интерферометра для измерения разностей длины оптических путей света, отраженного от образца и опорного отражателя.
Существует 2 типа систем FD-OCT, каждая из которых характеризуется своими источниками света и схемами детектирования: спектральная ОКТ (SD-OCT) и ОКТ с перестраиваемым источником (SS-OCT).
В обоих типах систем свет делится на 2 части, одна часть проходит через образец, вторая падает в опорное плечо интерферометра, как показано на рисунке 2. В SS-OCT используется когерентный и узкополосный свет, тогда как в системах SD-OCT используются широкополосные источники света с низкой когерентностью. Рассеиваемый назад от образца свет, свойства которого зависят от изменений показателя преломления в образце, подается в оптоволокно и соединяется с лучом, который прошел по опорному плечу с фиксированной длиной оптического пути. Получившаяся интерферограмма падает на детектор.
Рис. 2 Схемы интерферометров в SD-OCT и SS-OCT системах
Частота интерферограммы, измеренная датчиком, связана с глубиной расположения отражателей в образце. В результате путем Фурье преобразования зарегистрированной интерферограммы получается профиль отражательной способности по глубине (А-сканирование). 2D изображения поперечного сечения (B-сканы) получают путем сканирования специальным зондирующим пучком поперек поверхности ткани. В результате происходит объединение регистрируемых профилей рассеяния исследуемой среды, получаемых вдоль направления зондирующего луча (А-сканов), в двумерные изображения.
Точно так же, когда ОКТ сканирование происходит во втором направлении, серия двумерных изображений объединяется для получения набора трехмерных данных. С помощью FD-OCT 2D-изображения регистрируются за миллисекунды, а 3D-изображения можно регистрировать со скоростью менее 1 секунды.
Спектральная ОКТ VS ОКТ с перестраиваемым источником
Спектральная ОКТ (SD-OCT) и ОКТ с перестраиваемым источником (SS-OCT) основаны на одном и том же фундаментальном принципе, но включают различные технические подходы для создания ОКТ интерферограммы. Системы SD-OCT не имеют движущихся частей и поэтому обладают высокой механической стабильностью и низким фазовым шумом. Наличие широкого спектра линейных камер также позволило разработать системы SD-OCT с различными скоростями визуализации и чувствительностью.
Системы SS-OCT используют источники со свипированием частоты, т. е. источники излучения, у которых частота излучения перестраивается с большой скоростью в пределах определенной спектральной полосы. В данных системах также используется и фотоприемник для быстрой генерации интерферограммы. Благодаря быстрой перестройке лазерного источника, высокие пиковые мощности на каждой дискретной длине волны могут быть использованы для освещения образца, чтобы обеспечить большую чувствительность с небольшим риском оптического повреждения.
Обработка регистрируемых сигналов в ОКТ с преобразованием Фурье
В FD-OCT интерферограмма регистрируется как функция оптической частоты. При фиксированной оптической задержке в опорном плече, свет, отраженный от различных глубин образца производит интерференционные картины с различными частотными компонентами. Преобразование Фурье используется для разрешения отражений различной глубины, тем самым генерируя профиль глубины образца (A-сканы).
Литература
1V.Jayaraman, J. Jiang, H.Li, P. Heim, G. Cole, B. Potsaid, J. Fujimoto, and A. Cable, "OCT Imaging up to 760 kHz Axial Scan Rate Using Single-Mode 1310 nm MEMs-Tunable VCSELs with 100 nm Tuning Range," CLEO 2011 - Laser Applications to Photonic Applications, paper PDPB2 (2011).
