پزشکی بالینی

روش جديد تصويربرداري 3 سفر به اعماق بدن با oct

توموگرافي ‏Near-Infrared‏ روش تشخيصي غيرتهاجمي تصويربرداري است كه پتانسيل ثبت و نمايش منحصر به فردي از كنتراست بافت‌هاي خاص را دارد. كنتراست بالاي روش توموگرافي ‏NIR‏ ناشي از تضعيف قوي نور توسط هموگلوبين نسبت به آب در بافت پارانشيم( اجزاء اصلي يا کارکردي عضو در قياس با استروما يا بافت زمينهاي) و تفاوت طيف مجزاي هموگلوبين بين حالت‌هاي اكسيژنه و دي‌اكسيژنه است.در 20 سال اخير، توموگرافي اپتيكي ‏NIR‏ به شدت پيشرفت كرده و به عنوان يكي از روش‌هاي كليدي در تشخيص سرطان سينه، ارزيابي عملكرد مغز و تشخيص بخش‌ها و حالت‌هاي غيرنرمال بافت به كار مي‌رود. اين روش‌ها را مي‌توان در آندوسكوپي براي تصويربرداري از ارگان‌هاي داخلي مثل پروستات، روده و شكم به كار برد.

اكثر سيستم‌هاي آندوسكوپي ‏OCT‏ اسكن‌هاي جانبي دارند. در اين سيستم‌ها نور پروب ‏OCT‏ از كناره پروب منتشر و جمع‌آوري مي‌شود. در ساختار چنين پروبهايي از يك آينه ميله‌اي شكل (‏rod‏) يا منشور استفاده ميشود تا نور منتشر شده از نوك فيبرنوري را به سمت پنجره‌اي كه در كنار پروب قرار دارد منحرف سازد. با چرخش پروب به سرعت، نماي مقطع عرضي بافت قابل دستيابي است. سايز پروب‌هاي ‏OCT‏ جانبي از 4/0 تا 5 ميلي‌متر بسته به ميزان چرخش مورد نياز متغير است.سيستم‌هاي آندوسكوپي ‏OCT‏ مستقيم براي بررسي ساختارهاي بافت جلوي پروب كاتتر يا سوزن جراحي و جراحي‌هاي هدايتي يا هدايت جراح براي کاشت چيزي در بدن بسيار مناسب هستند. برخلاف سيستم‌هاي ‏OCT‏ تصويربرداري جانبي استفاده از سيستم‌هاي تصويربرداري مستقيم با پروب‌هاي باريك تكنولوژي خاصي را مي‌طلبد. پروب‌هاي تصويربرداري مستقيم از پايه (سگدست) زيركونات تيانات (‏pzt‏) با قطر ‏‏4/6 براي اسكن مكانيكي استفاده ميکنند. سگدست ‏pzt‏ به منظور انتقال فيبر لنزهاي ‏GRIN‏ براي اسكن پرتو خروجي استفاده مي‌شود.اگرچه لنز فيبر-‏GRIN‏ به خودي خود فشرده است، سايز كلي ابزار تصويربرداري مستقيم به دليل قطر بزرگ سگدست ‏PZT‏ چشم‌گير است.
يكي از انواع پروب‌هاي تصويربرداري مستقيم از سيستم‌هاي مكانيكي ميكرو-الكترو (‏MEMS‏) استفاده كرده كه آينه‌ها در انتهاي خارجي براي اسكن پرتوهاي خارجي قرار داده شده است. نور از بازوي نمونه پيش از اينكه وارد اپتيك‌هاي چندبرابركننده شود، جمع‌آوري مي‌شود كه اين كار را از طريق آينه ‏MEMS‏ انجام مي‌شود. پرتو اپتيكي اسكن در نهايت توسط لنز اسكن كانوني مي‌شود.
‏OCT‏ كاربرد زيادي در تشخيص بيماري‌‌هاي چشمي به ويژه تصويربرداري از شبكيه دارد. جراحي زجاجيه برداري (تخليه محتويات اتاقك زجاجي چشم به روش جراحي معمولاً از راه بخش نازك جسم مژگاني) يكي از جراحي‌هاي چشم پزشكي است كه براي اصلاح برخي از صدمات پاتولوژيك مثل جداشدگي شبكيه به دليل رتينوپاتي ديابتيك، حفره‌هاي ماكولا و خونريزي زجاجيه به كار مي‌رود. در اين جراحي از ابزارهاي آندوسكوپي استفاده مي‌شود كه از طريق شيارهاي خاص زير عنبيه وارد مي‌شود. در حال حاضر هيچ ابزاري براي تصويربرداري از مقطع عرضي لايه‌هاي شبكيه در حين جراحي يا لايه‌برداري از زجاجيه وجود ندارد. پروسه لايه‌برداري از اهميت بسيار زيادي برخوردار است و بايد با دقت بسيار زيادي انجام شود. در اين عمل از اسكنر ‏paired-angle‏ چرخشي (‏PARS‏) براي تصويربرداري در حين جراحي زجاجيه‌برداري استفاده مي‌‌شود. قطر كوچك پروب ‏PARS‏ اين امكان را مي‌دهد كه از طريق بر‌شهاي بسيار كوچك وارد شود. جايگذاري نوك پروب ‏OCT‏ نزديك سطح شبكيه امكان تصويربرداري مقطع عرضي از لايه‌هاي شبكيه‌ها را با استفاده از اسكنرهاي شبكيه خارجي فراهم مي‌كند و لايه‌هاي عصبي شبكيه، سلول گانگليون، لايه‌هاي عصبي داخلي، لايه‌هاي عصبي خارجي قابل مشاهده است. با توجه به نزديكي پروب به سطح شبكيه در حين جراحي، طول موج مركزي سيستم ‏PARS-OCT‏ با جذب توسط زجاجيه محدود نمي‌شود. استفاده از طول موج‌هاي بلندتر مثل ‏‏1300 مي‌تواند تصوير خيلي خوبي را نشان دهد. استفاده از پروب ‏OCT‏ مستقيم براي آندوسكوپي مي‌تواند تصاوير ‏real-time‏ از مقطع عرضي شبكيه را در حين جراحي نشان دهد. پروب آندوسكوپي تصويربرداري مستقيم براي شبكيه در شكل 2 نمايش داده شده است. اين پروب را مي‌توان از طريق برشي كوچك وارد كرد.
‏
پروب‎ PARS- OCT‎
پروب ‏PARS-OCT‏ از دو لنز ‏angle polished GRIN‏ كه حول محور اپتيكي چرخش مي‌كنند تا موقعيت پرتوها را هدايت كنند، استفاده ميکند. لنزهاي ‏GRIN‏ (شكل 4) درون دو سوزن متحد‌المركز جايگذاري شده است. صفحات داخلي لنزهاي ‏GRIN‏ در زاويه‌هاي يكساني صيقل و توسط يك ‏gap‏ هوايي كنترل شده از يكديگر جدا شده‌اند. طول دومين لنز ‏GRIN‏ فاصله كانوني را تعيين مي‌كند. پرتو تا لنز ‏GRIN‏ دوم ادامه پيدا مي‌كند و دوباره بازتاب مي‌شود تا به صفحه صيقلي تختي مي‌رسد. كنترل زاويه لنزهاي ‏GRIN‏ با توجه به نوع هر كدام الگوي اسكن را مطابق شكل ‏c‏ و ‏b‏4 تعيين مي‌كند.
‏Aberrationهاي كروماتيك با استفاده از منابع باندگسترده قابل اجرا هستند. در ‏aberration‏ كروماتيك استاندارد طول موج بستگي به شاخص انعكاسي دارد كه ناشي از طول موج‌هاي مختلف كانوني در موقعيت‌هاي مختلف محور است. در سيستم‌هاي استاندارد معمولاً از لنزهاي دوبلت آكروماتيك استفاده مي‌شود و استفاده از لنزهاي ‏GRIN‏ معمولاً ساده نيست.
با توجه به نزديكي پروب ‏PARS-OCT‏ به شبكيه تضعيف پرتوهاي اپتيكي در زجاجيه حداقل است و امكان استفاده از طول موج‌هاي بزرگتر را فراهم مي‌كند.
‏
ترکيب آندوسکوپي و تصويربرداري
تركيب تصويربرداري ‏OCT‏ و آندوسكوپي با يكديگر مي‌تواند نتايج خيلي دقيقي را در مورد حفره دهان و حلقي دهاني (قسمتي از حلق بين كام نرم و لبه فوقاني اپيگلوت) و اطلاعات ميكروآناتوميكي در مورد بافت پوشي و غشاء اساسي اين ناحيه فراهم كند. ميكروساختارهاي نرمال كه در اين بافت‌ها قابل شناسايي هستند شامل زيرلايه كراتين (پروتئين محكمي كه جزء اصلي اپيدرم، مو، ناخن، بافت‌هاي شاخي و ماتريكسهاي ميناي دندان است)،‌پاپيلا، مجاري، غدد و رگ‌هاي خوني است. نواحي كه ويژگي‌هاي پاتولوژيك دارند شامل زخم‌هاي بلوغ، گرانولاسيون بافت (تشكيل توده‌هاي كوچك و مدوري از بافت در داخل زخم در جريان التيام آن)، كيست‌هاي مخاطي، لوكوپلاكي (نوعي بيماري كه ويژگي آن پيدايش لكه‌هاي سفيد و ضخيم بر روي مخاط داخلي گونه، لثه‌ها يا مخاط زبان است و گاهي تمايل به ترك برداشتن و بدخيم شدن دارند) و سرطان تهاجمي است. تصويربرداري ‏OCT‏ نواحي نرمال، در خطر و ميكروساختارهايي كه دچار بيماري شده‌اند را به صورت مجزا مي‌تواند نمايش دهد. نواحي غيرنرمال به صورت مستقيم با نواحي نرمال يا ويژگي‌هاي هيستوپاتولوژيك رايج قابل مقايسه و آناليز هستند.
‏
نور مادون قرمز- نزديك از منبع نور باند گسترده وارد كوپلر فيبر 22 مي‌شود. در بازوي مرجع اسكن اپتيكي سريع خط تأخير ‏A‏ اسكن ‏‏500 بدون فاز مدولاسيون را ايجاد مي‌كند. يك مدولاتورفاز مدولاسيون فاز ‏‏500 را براي آشكارسازي هترودين انجام مي‌دهد. (آشكارساز هترودين نوعي آشكارساز كه بسامد حامل مدوله شده آن با سيگنال نوسان‌ساز محلي كه بسامد نسبتاً متفاوتي دارد تركيب مي‌شود و يك سيگنال زنش با بسامد شنيداري توليد مي‌كند كه توسط بلندگو يا هدفون قابل شنيدن است). سيگنال‌هاي پس پراكنده از بازوي نمونه با پردازش فاز با حاشيه‌هاي تداخلي به دست مي‌آيند.
رزولوشن محوري و جانبي سيستم تقريباً 10 ميكرومتر در پيكسل هستند. براي تصويربرداري از حفره دهاني و حلق دهاني از يك پروب ‏OCT‏ انعطاف‌پذير استفاده مي‌شود. شكل (6). پروب از فيبر تصويربرداري ‏OCT‏ تك مد، ‏‏1310 تشكيل شده كه بر روي لنز ‏gradient refractive index‏ و منشور ‏‏7/0 (‏right angle‏)  قرار داده شده است (شكل7). قطر اين لنز ‏‏1 است و به عنوان كانوني‌كننده استفاده مي‌شود. فيبر اپتيكي و المان‌هاي اپتيكي هر دو توسط يك لوله پلاستيكي شفاف پوشيده مي‌شوند. (قطر داخلي ‏‏95/1، ضخامت ‏‏21/0) كه به صورت مكانيكي حمايت مي‌‌شود و توسط يك سيلندر ضد زنگ خارجي ثانويه محافظت مي‌شود.
‏OCT‏ بيشتر در زمينه چشم پزشكي كاربرد دارد اما كاربرد آن در سر و گردن با محدوديت‌هايي مواجه است، زيرا بيمار بايد بدون حركت باقي بماند و معمولاً لازم است تا از آندوسكوپي براي نمايش قسمت‌هاي مورد نظر استفاده شود. به دليل نياز به بي‌حركت ماندن بيمار و بي‌حسي و بيهوشي عمومي در اكثر موارد آندوسكوپي از سرو گردن بسياري از تحقيقات بر تصويربرداري ‏ex-vivo‏ از بافت‌ها متمركز شدند.
‏OCT‏ هم مشكلات خاص خود را زا قبيل عمل تصويربرداري،‌رزولوشن، سرعت تصويربرداري دارد با استفاده از منابع نور مختلف و پيزوالكتريك‌هاي قوي و سريع مي‌توان اين مشكلات را تا حدودي برطرف كرد و رزولوشني در حد 20-15 ميكرومتر را فراهم كرد و عمق تصويربرداري را در حدود 50% بهبود بخشيد.
شكل 1) پروب‌هاي تصويربرداري مستقيم (‏a‏) پروب دستي ‏OCT، (‏b‏) لاپاراسكوپ ‏OCT Rigid‏ با پروسه‌اي با حداقل ميزان تهاجم، (‏C‏) آندوسكوپ ‏OCT‏ مينياتوري براي اسكن سريع و انعطاف‌پذير، (‏d‏) شماتيك آندوسكوپ ‏OCT‏ ‏MEMS‏ كه (‏e‏) نشان‌دهنده آينه ‏MEMS‏ با نقطه محوري در ميانه آينه است و ‏F‏) طرح آندوسكوپي ‏OCT‏ مبتني بر فيبر.
‏
شكل 2) آندوسكوپ تصويربرداري مستقيم ‏PARS-OCT

شكل 3) (‏a‏) پروب ‏PARS- OCT‏ از دو لنز ‏GRINE‏ صيقلي زاويه‌دار تشكيل شده است. ‏B‏) چرخش لنز ‏GRIN‏ دوم باعث اسكن چرخشي مي‌شود ‏C‏) چرخش لنزهاي ‏GRIN‏ اول و دوم در جهت‌هاي مخالف باعث اسكن خطي مي‌شود كه پس از 180 درجه چرخش مسير خود را دوباره عوض مي‌كنند.‏
شكل 4) ‏a‏) پروب دستي ‏PARS- OCT‏ ‏b‏) پروب با قطر ‏‏82/0 با موتور و دنده، ‏c‏) الگوي اسكن چرخشي با چرخش مطلق لنز ‏GRIN‏ دوم
‏
شكل5) شماتيك سيستم ‏OCT‏ و حفره دهاني و حلق دهاني- پارامترهاي سيستم همانطور كه در شكل نيز نشان داده شده است،‌ شامل ‏‏ 1310=و پهناي باند ‏‏ 80، رزولوشن جانبي= 15 ميكرومتر و رزولوشن محوري 10 ميكرومتر است. ‏A/D‏ مبدل آنالوگ به ديجيتال، ‏DSP‏ به معني پردازش سيگنال ديجيتال و ‏RSOD‏ به معني اسكن اپتيكي سريع خطوط تأخير است.
شكل6) نمايي از پروب دستي ‏OCT
شكل7) نوك پروب ‏OCT‏ شامل لنز (‏GRIN‏) ‏gradient refractive‏  و منشوري كه در انتهاي فيبر اپتيكي قرار گرفته است.‏
شكل8) (‏A‏) آناليز چند مدي كيست شياري با استفاده از ‏OCT، (‏B‏) نماي آندوسكوپيك، (‏C‏) ويژگي‌هاي هيستولوژيك، ‏V‏=رگ‌ها
‏
شكل9) (‏A‏) تصويربرداري از نواحي شامل لوكوپلاكي با استفاده از ‏OCT، (‏B‏) نماي آندوسكوپيك، (‏C‏) ويژگي‌هاي هيستولوژيك

منبع: نشریه مهندسی پزشکی شماره ۸۴