Технология визуализации глаза пробивается сквозь кожу с помощью перекрестных лучей
Биомедицинские инженеры из Университета Дьюка продемонстрировали метод увеличения глубины, на которой оптическая когерентная томография (OCT) может визуализировать структуры под кожей.
Золотой стандарт для визуализации и диагностики заболеваний сетчатки, OCT еще не нашла широкого применения для других частей тела из-за неспособности получать четкие изображения с глубины более миллиметра под поверхностью кожи.
Исследователи из Дьюка обнаружили, что наклон источника света и детектора, используемых в технике, увеличивает глубину визуализации OCT почти на 50%, делая возможной диагностику кожи. Подход с "двумя осями" открывает новые возможности для использования OCT в таких областях, как выявление рака кожи, оценка повреждений от ожогов и прогресса заживления, а также для навигации при хирургических процедурах.
Результаты опубликованы онлайн 1 декабря в журнале с открытым доступом Biomedical Optics Express.
"Это довольно простая техника, которая звучит как что-то из "Охотников за привидениями" — вы получаете больше мощности, когда скрещиваете лучи", — сказал Адам Уэкс, профессор биомедицинской инженерии в Дьюке. "Возможность использовать OCT даже на глубине 2 или 3 миллиметра в коже чрезвычайно полезна, потому что на этой глубине происходит много биологических процессов, которые могут указывать на такие заболевания, как рак кожи".
Стандартная OCT аналогична ультразвуку, но использует свет вместо звука. Луч света направляется в объект, и, измеряя, сколько времени требуется ему, чтобы отразиться обратно, компьютеры могут определить, как выглядит внутренняя структура объекта. Она стала основной технологией для визуализации и диагностики заболеваний сетчатки, потому что сетчатка очень тонкая и легко доступна через прозрачную роговицу и хрусталик глаза.
Однако большинство других биологических тканей рассеивают и отражают свет, что затрудняет его проникновение при стандартных подходах OCT. Чем глубже проходит свет, тем больше вероятность, что он потеряется в образце и не попадет на детектор устройства.
В новой технике исследователи вместо этого направляют свет на объект под небольшим углом и устанавливают детектор под равным и противоположным углом, создавая две оси. Это позволяет детектору использовать небольшой угол рассеяния, вызванный физической природой объекта.
"Наклоняя источник света и детектор, вы увеличиваете свои шансы собрать больше света, который рассеивается под странными углами из глубин ткани", — сказал Эван Джелли, аспирант в лаборатории Уэкса и первый автор статьи. "А OCT настолько чувствительна, что нужно всего лишь немного больше этого рассеянного света".
По словам Джелли, исследователи пробовали этот двухосевой подход в других методах визуализации. Но в своих экспериментах Джелли обнаружил, как применить это к OCT. Его ключевым открытием стало то, что глубина фокусной точки света в ткани сильно влияет на эффективность двухосевого подхода.
Однако есть загвоздка: чем больше угол, используемый для выявления более глубокого сигнала, тем меньше становится поле зрения. Чтобы обойти эту проблему, Джелли разработал метод сканирования фокуса более узкого окна на различных глубинах ткани, а затем использования вычислительного алгоритма для объединения данных в одно изображение.
В статье Уэкс и Джелли протестировали этот подход на искусственных тканях и бесшерстных мышах, чтобы сравнить его производительность со стандартной OCT и увидеть, какую информацию он может выявить в коже живого животного. Контролируемые эксперименты показали, что двухосевой подход OCT, как правило, превосходит стандартную установку. А на живых мышах двухосевая OCT смогла визуализировать кончик иглы на глубине 2 миллиметра под поверхностью кожи, тогда как традиционно предельной глубиной считается 1,2 миллиметра.
"Двухосевая OCT дала нам изображения и информацию из слоев кожи, где происходит обмен кровью и молекулами, что чрезвычайно ценно для выявления признаков заболеваний", — сказал Джелли. "Технология все еще находится в зачаточном состоянии, но она готова быть очень успешной для биосенсинга или навигации при хирургических процедурах".