Оптическая когерентная томография

Оптическая когерентная томография - это метод медицинского имиджинга, позволяющий получать изображения приповерхностных тканей организма человека in vivo с высоким пространственным разрешением. Физический принцип действия ОКТ аналогичен ультразвуковому с той лишь разницей, что в ОКТ для зондирования биоткани используется оптическое излучение ближнего инфракрасного (ИК) диапазона длин волн, а не акустические волны. Излучение зондирующего пучка фокусируется на ткани, а эхо-задержка зондирующего излучения, отраженного от внутренней микроструктуры биоткани на различных глубинах, измеряется интерферометрически. Параллельно со сканированием в глубину производиться сканирование зондирующим пучком поперек поверхности ткани, что обеспечивает поперечную развертку ОКТ изображения. Полученные в результате данные (ОКТ изображение) образуют двухмерную карту обратного рассеяния (или отражения) от микроскопических оптических неоднородностей (клеточных структур ткани) биоткани; таким образом, ОКТ изображения, по сути, содержат информацию о морфологическом строении поверхностных тканей.

ОКТ представляет интерес для клинического использования по ряду причин. Разрешающая способность ОКТ составляет 10-15 мкм, что в 10 раз превышает разрешение других используемых в практике диагностических методов и предполагает изучение объекта на уровне микроскопической архитектуры ткани. Информация о ткани, получаемая с помощью ОКТ, является прижизненной, т.е. отражает не только структуру, но и особенности функционального состояния тканей. Метод ОКТ неинвазивен, поскольку использует излучение в ближнем ИК диапазоне с мощностью порядка 5 мВт, которое не оказывает повреждающего воздействия на организм. Кроме того, метод ОКТ исключает травму и не имеет ограничений, присущих традиционной биопсии.

Институт Прикладной Физики РАН (ИПФ РАН) является родоначальником ОКТ в России. Именно благодаря достижениям ИПФ РАН в области волоконно-оптической широкополосной интерферометрии и фемтосекундной оптике в середине 1990ых были созданы лабораторные ОКТ установки и уникальное семейство компактных полностью волоконно-оптических оптических когерентных томографов. В 1996 году в ИПФ РАН был разработан однокоординатный эндоскопический микросканер, который обеспечивал поперечное сканирование сфокусированного пучка. Малый наружный диаметр микросканера позволил достигать слизистых оболочек в полых органах человека, используя инструментальный (биопсийный) канал эндоскопов. Создание совместимого со стандартными эндоскопами минизонда, ставшее приоритетом нижегородских ученых, позволило впервые в мире использовать ОКТ в эндоскопическом варианте и получить прижизненные изображения слизистых оболочек внутренних органов и серозных покровов полостей человека. Дальнейшее развитие тематики привело к появлению ряда модификаций ОКТ, а именно, двухцветной оптической томографии, метода позволяющего получать ОКТ изображения на двух длинах волн одновременно; поляризационной когерентной томографии, подхода позволяющего получать дополнительную информацию о ткани за счет одновременной регистрации рассеянного света в двух ортогональных поляризациях; а также оптической когерентной микроскопии, позволяющей существенно улучшить пространственное разрешение метода ОКТ засчет динамической системы фокусировки.

Благодаря активному сотрудничеству ИПФ РАН с врачами Областной больницы им. Семашко, Областного и городских онкологических диспансеров и Нижегородского исследовательского кожно-венерологического института, также с сотрудниками Нижегородской государственной медицинской академии (НГМА) были проведены клинические апробации различных модификаций ОКТ, и был продемонстрирован широкий круг клинических задач для метода ОКТ в различных областях клинической медицины. Следует отметить, что коллектив ИПФ РАН заслуженно занимает лидирующее положение в мире в области ОКТ как благодаря удачной технической реализации идеи метода, так и благодаря серьезным и профессиональным клиническим испытаниям метода ОКТ. За период с 1995 года с использованием ОКТ было обследовано более 3000 пациентов в различных клинических областях. Полученные результаты были опубликованы как в России, так и за рубежом, а также были доложены на различных конференциях и конгрессах. За достигнутые успехи в области ОКТ коллектив ученых ИПФ РАН и врачей был отмечен Государственной премией в области науки и техники в 2001 году.

В 2003 году в ИПФ РАН был создан и утвержден предсерийный прототип медицинского стоматологического ОКТ прибора для Российского рынка. В начале 2004 года ИПФ РАН завершил сертификацию стоматологического варианта ОКТ прибора для исследования структуры твердых и мягких тканей полости рта. Затем было принято решение о расширении области применения ОКТ прибора, и была проведена сертификация многофункционального ОКТ прибора для исследования внутренней структуры поверхностных тканей человека.