TOMOGRAFIA OPTYCZNA 

 

1.

 

Budowa i zasada działania 

 

Schemat blokowy tomografu optycznego o stałej geometrii 

Tomografia optyczna w swojej istocie najbardziej przypomina ultrasonografie (USG). Podobnie jak w 

tej metodzie, badany obiekt sonduje wiązka – tym razem światła. Światło rozproszone wstecz niesie 

informacje o położeniu miejsc znajdujących sie na drodze wiązki światła tam, gdzie zmienia sie 

współczynnik załamania. Przesuwając promień w kierunku poprzecznym do kierunku rozchodzenia 

sie światła, otrzymujemy (znów podobnie jak w USG) kolejne porcje informacji o położeniu centrów 

rozpraszających.  

Złożenie wyników kolejnych pomiarów daje obraz przekroju badanego obiektu. Obrazy kilku warstw 

dają w rezultacie strukturę trójwymiarową. Odmienne od USG są natomiast metody uzyskiwania 

informacji o położeniu centrów rozpraszających. W tym celu stosuje sie tu układ interferometryczny 

ze źródłem światła o częściowej spójności, odznaczającego sie bardzo małą spójnością podłużną przy 

wysokim stopniu spójności poprzecznej. Wiązka światła emitowana przez źródło dzielona jest przez 

podział amplitudy na dwie, z których jedna penetruje obiekt, a druga pada na zwierciadło 

odniesienia. Światło rozproszone na elementach struktury obiektu (n,m) jest doprowadzane do 

interferencji z wiązką odniesienia (r). Przed wyjściem z interferometru fale rozproszone w obiekcie 

dodają sie z falą referencyjną. Widmo sumarycznego natężenia światła wychodzącego z 

interferometru ma postać: 

G



v  G



v    G



v



 2Re    G

vexp4πivτ



 τ







 2Re   G



vexp4πivτ



 τ







 

 

Gdzie: G

nm

(v) jest widmową gęstością mocy, v – częstością fali elektromagnetycznej, a τ - 

opóźnieniem. 

W pierwszym przybliżeniu, bez uwzględnienia absorpcji w obiekcie, wszystkie składowe G

nm

(v) są 

proporcjonalne do widma źródła. Informacje o położeniu centrów rozpraszających można dostać na 

dwa sposoby: 

a)

 

poprzez rozwiniecie tego widma za pomocą siatki dyfrakcyjnej, rejestracje prążków 
widmowych i numeryczne wykonanie transformaty Fouriera → metoda widmowa 
(spektralna)

,  

b)

 

poprzez zarejestrowanie fotodiodą natężenia całkowitego, co jest równoważne całkowaniu 
względem v → metoda czasowa.  

Wykorzystując związek między gęstością widmową G i funkcją koherencji pierwszego rzędu Γ 

(twierdzenie Wienera–Chinczyna), można przedstawić wyniki omawianych operacji w postaci 

następujących wzorów: 

FT



G



v  Γ



τ

   Γ



τ



 2Re    Γτ  2τ

 τ







   Γτ  2τ

 τ



    Γτ  2τ



 τ



    Γτ  2τ



 τ











 

Wzór ten przedstawia funkcje otrzymaną z numerycznej transformaty Fouriera i wskazuje, jakim 

wartościom opóźnienia odpowiada położenie n-tego centrum rozpraszającego. W położeniu τ = 0 

lokują się przyczynki pochodzące od natężeń wiązki referencyjnej i obiektowej. Z faktu, że 

transformacie Fouriera poddana została funkcja rzeczywista (widmo), wynika obecność dwóch 

obrazów symetrycznie rozmieszczonych względem zera (cztery ostatnie człony wzoru). Zauważmy, ze 

tylko ostatnie dwa wnoszą informacje o rozkładzie centrów rozpraszania, pod warunkiem, że 

położenie zwierciadła odniesienia z

r

 = cτ

r 

 jest stałe. 

 

Iτ



  I



   I





 2Re    Γ



2τ

 τ



    Γ



2τ



 τ



 

Z kolei wykres uzyskany na podstawie tego wzoru przedstawia położenia centrów rozpraszających 

pod warunkiem, że zmienną jest położenie zwierciadła referencyjnego (τ

r

 = z

r

 /c). Do wyznaczenia 

wartości tej funkcji potrzebny jest zatem ruch zwierciadła. 

Z obu wzorów wynika, że jednocześnie interferują ze sobą wszystkie fale rozproszone i fala 

referencyjna. W metodzie widmowej rejestrowany jest wynik wszystkich interferencji, a w metodzie 

czasowej rejestrowane są tylko te, które niosą informacje o położeniu centrów rozpraszających. 

Pasożytnicze interferencje w metodzie widmowej mieszają sie z tymi, które niosą informacje, ale te 

pierwsze można łatwo usunąć. Natomiast dodatkowe człony w metodzie czasowej składają się na 

stałe tło, pogarszając stosunek sygnału do szumu. Praktyczną zaletą metody widmowej jest to, że nie 

wymaga ona ruchomych części.  

 

2.

 

Tomograf optyczny spektralny i czasowy; metoda 1-frame 

 

Schemat widmowego tomografu optycznego

 

 

 

Schemat czasowego tomografu optycznego

 

   

Częścią  wspólną  obu  układów  jest  interferometr  Michelsona.  Drugim  wspólnym  elementem  jest 

źródło  światła  o  małej  spójności  czasowej,  lecz  dużej  przestrzennej  poprzecznej.  Mała  spójność 

czasowa określa rozdzielczość podłużną – jest ona równa szerokości funkcji koherencji, która jest tym 

węższa, im szersze jest widmo źródła.  

Duża spójność poprzeczna wymagana jest po to, by uzyskać wysoki kontrast prążków w przypadku, 

gdy  światło  pochodzi  z  rozproszenia,  a  nie  odbicia.  Idealnym  źródłem  byłoby  światło  żarówki 

przechodzące przez otworek (filtr przestrzenny) o średnicy kilku mikrometrów. Niestety, ilość światła 

uzyskana  w  ten  sposób  nie  pozwoliłaby  na  wykonanie  żadnego  pomiaru.  Powszechnie  używanym 

źródłem światła są diody superluminescencyjne o parametrach: λ = 800 nm, ∆λ = 10 nm, ∆z = 14 μm. 

Eksperymentuje  się  także  ze  źródłami  światła  białego  i  laserami  femtosekundowymi  (∆z  =  1  μm). 

Istotne  różnice  między  obiema  metodami  to  ruchome  (zakres  ruchu  ok.  2  cm)  zwierciadło  w 

metodzie czasowej i spektrograf w metodzie widmowej.  

 

 

3.

 

Metoda kombinowana OCT-mikroskop optyczny 

 

Optyczna tomografia koherentna (ang. OCT – Optical Coherence Tomography) wykorzystuje światło i 

technologię światłowodową do uzyskania dotychczas niespotykanej jakości obrazów tkanki ludzkiego 

ciała. 

Idea  badania  OCT  polega  na  emisji  wiązki  świtała  podczerwonego  wewnątrz  naczynia,  i  uzyskaniu 

obrazów dzięki informacjom zawartym w wiązce powracającej, rozproszonej na elementach tkanki. 

Częstotliwości,  oraz  całkowita  szerokość  pasma  światła  podczerwonego  gwarantują  tej  metodzie 

nawet 25 krotnie lepszą rozdzielczość, niż pozostałe, znane i wykorzystywane techniki. Metoda ta, z 

powodu  ograniczeń  wynikających  z  właściwości  zastosowanego  rodzaju  światła,  z  powodzeniem 

stosowana jest w diagnostyce naczyń wieńcowych ze względu na ich niewielką średnicę. 

 

4.

 

Zastosowania OCT 

Obrazowanie  z  wykorzystaniem  OCT  może  w  łatwy  i  wygodny  sposób  wspomagać  implantację 

stentów oraz zabiegi angioplastyki z wykorzystaniem cewników balonowych dzięki obrazowaniu „real 

time”. Jest również doskonałym narzędziem diagnostycznym przy ocenie pokrywania stentu w miarę 

upływu czasu po jego założeniu. Dzięki najwyższej dostępnej rozdzielczości możliwe jest dokonywanie 

analizy wielu niebezpiecznych zmian w obrębie naczynia (zwapnienia, skrzepliny i wiele innych) kiedy 

są one jeszcze niewielkie. 

Dodatkowo  OCT  może  w  niedalekiej  przyszłości  okazać  się  najlepszym  możliwym  narzędziem  we 

wczesnej  diagnostyce  zmian  nowotworowych,  które  to  w  ponad  85%  przypadków  mają  swoje 

ognisko w cienkiej warstwie nabłonka pokrywającego wewnętrzną i zewnętrzną część naczyń. 

Metoda  ta  wymaga,  przed  rozpoczęciem  właściwego  obrazowania,  zamknięcia  naczynia  za  pomocą 

specjalnie  przygotowanego  i  dostarczonego  w  zestawie  balonu  okluzyjnego  typu  „semi-compliant” 

oraz przepłukania go z pozostałej krwi za pomocą soli fizjologicznej. 

Sonda  optyczna,  za  pośrednictwem  której  światło  podczerwone  jest  dostarczane  w  pole obrazowe, 

składa się z przewodu wykonanego częściowo z powlekanej stali nierdzewnej, a częściowo z włókna 

szklanego wewnątrz którego znajduje się pojedyncze włókno światłowodowe o średnicy 0,06” wraz z 

osadzoną na końcu odpowiednią soczewką. To właśnie ten wewnętrzny światłowód wprawiany jest 

w ruch obrotowy za pomocą specjalnego urządzenia/interfejsu tzw. PIU (ang. Probe Interface Unit), 

które również realizuje automatyczny „pull-back” (sonda optyczna przez cały czas badania pozostaje 

na  swoim  miejscu  do  którego  została  doprowadzona,  a  przemieszcza  się  jedynie  wewnętrzny 

światłowód  wraz  z  soczewką).  Następnie  za  pomocą  interferometru  i  zintegrowanego  z  nim 

komputera dokonywana jest analiza informacji zawartych w świetle rozproszonym i na jej podstawie 

tworzone są obrazy przekrojów naczyń. 

Tomografia  optyczna  umożliwia  pomiar  widma  absorpcji  w  funkcji  głębokości  warstwy.  Stwarza  to 

możliwość  wyznaczenia  stopnia  utlenowania  krwi  w  siatkówce  czy  zależności  ilości  barwnika 

służącego do terapii fotodynamicznej od głębokości.  

Dziedziną, w której tomografia optyczna najwcześniej znalazła zastosowanie, jest okulistyka. Badane 

ośrodki  w  sposób  umiarkowany  pochłaniają  i  rozpraszają  światło.  Można  dzięki  temu  stosunkowo 

łatwo  uzyskiwać  przekroje  dowolnych  struktur  oka,  niedostępnych  w  normalnym  badaniu 

okulistycznym. 

Znajomość  geometrii  kąta  przesączania  jest  istotna  przy  diagnozie  jaskry  i  planowaniu  terapii. 

Natomiast  dokładna  informacja  o  szczelinie  miedzy  tylnokomorowym  implantem  soczewkowym  a 

tylną  torebką  soczewki  pozwala  ocenić  prawidłowość  wykonanego  zabiegu,  a  nawet  kształt  tylnej 

torebki soczewki (ew. jej pomarszczenia lub zgrubienia). Zupełnie niedostępne w rutynowym badaniu 

klinicznym  wziernikiem  są  takie  struktury  dna  oka,  jak  grubość  warstwy  nerwowej  i  przestrzenna 

struktura  tarczy  nerwu  wzrokowego  –  istotne  do  diagnostyki  jaskry  czy  tez  innych  procesów 

chorobowych toczących sie w nerwie wzrokowym. Równie ważna jest ocena topografii plamki żółtej 

ze względu na narastające zagrożenie starczym zwyrodnieniem plamki żółtej. 

Metoda  mniej  nadaje  sie  do  zastosowań  dermatologicznych,  ze  względu  na  silne 

rozpraszanie. 

 

 

 

Tomogramy  kąta  przesączania  oka  wieprzowego  (in  vitro,  z  lewej)  oraz  soczewki  i 

tęczówki oka ludzkiego (in vivo, z prawej).