Tomografía de coherencia óptica
Resumen
Explicar el funcionamiento de la tomografía de coherencia óptica y detallar los diferentes usos en el examen ocular analizando la información que nos aporta.
Autores:
Pérez-Velilla, Javier1, Clemente-Urraca, Sara1, Blasco-Martínez, Alejandro1, Del Prado-Sanz, Eduardo2, Cameo-Gracia, Beatriz1, Soriano-Pina, Diana1.
1: Graduado Óptico-Optometrista Universidad de Zaragoza.
2: FEA HU Royo Villanova. Zaragoza.
Palabras clave: OCT, segmento anterior, papila, mácula
Principio funcionamiento OCT
Tal vez una de las razones por las que la tomografía de coherencia óptica (OCT) ha atraído la atención de los ingenieros y científicos que trabajan en el campo de la fotónica es que tiene el potencial para convertirse en la primera tecnología de diagnóstico por imagen en la que la óptica coherente ocupa un lugar destacado.
OCT es una nueva tecnología de formación de imágenes que produce imágenes transversales de alta resolución de la microestructura interna de tejido viviente1. Sus primeras aplicaciones en medicina se reportaron hace menos de una década1, 2, pero sus raíces se encuentran en los primeros trabajos sobre la interferometría de luz blanca, que llevaron al desarrollo de la reflectometría de coherencia de dominio óptico (OCDR) 3,4. OCDR fue desarrollado originalmente para encontrar fallos en cables de fibra óptica y componentes de red, su capacidad para sondear el ojo5, 6 y otros tejidos biológicos7, 8 fue pronto reconocido.
La capacidad de seccionamiento óptico excelente de la OCT, que se consigue mediante la explotación de la corta coherencia temporal de una fuente de luz de banda ancha, permite escáneres OCT para estructuras microscópicas de la imagen en el tejido a profundidades de sondaje superior a 2 cm, se ha demostrado en los tejidos transparentes, incluyendo el ojo y el embrión de rana9, 10. En la piel y otros tejidos altamente dispersante, OCT puede realizar imágenes de pequeños vasos sanguíneos y otras estructuras tan profundo como 1-2 mm debajo de la superficie11, 12.
La Tomografía de Coherencia Óptica es una técnica de diagnóstico por imagen, que permite obtener imágenes tomográficas de tejidos biológicos con una elevada resolución. Se caracteriza por la realización de cortes transversales micrométricos mediante la luz sobre el tejido a estudiar. Ofrece una penetración de milímetros (aproximadamente 2-3 mm) con resolución axial y transversal de escala micrométrica.
La OCT emite un haz de luz monocromática de 820nm, y un divisor de haces lo separa en dos, una es enviado al espejo de referencia y el otro al ojo. La interferencia de los dos haces reflejados es procesada por un interferómetro y de este modo, la distancia de las estructuras se mide por el tiempo de retraso de la luz reflejada y la intensidad de la señal.
Las ventajas que tiene la OCT es que es una técnica de no-contacto, lo que no supone un riesgo de infección. Además se pueden obtener imágenes de 2 y 3 dimensiones que facilitan la interpretación y permite la obtención de valores volumétricos. Un inconveniente que tiene es que no atraviesa el epitelio pigmentario del iris, lo cual impide la valoración de estructuras posteriores al iris.
La resolución axial está limitada por la luz incidente (por su longitud de coherencia). Para que dos haces de luz coherente interfieran constructivamente, deben proceder de dos puntos situados a una distancia inferior a la mitad de la distancia de coherencia del haz. La resolución transversal depende de la anchura del haz incidente. Por lo tanto será limitada por la calidad de medios ópticos que atraviesa éste, así como cualquier aberración existente en los ojos.12
La densidad de muestreo, es la cantidad de A-scans que se toman por unida de volumen del tejido. A mayor densidad de escaneo, más información, pero mayor tiempo de exploración, y con ello, mayor la posibilidad de artefacto por movimiento ocular o parpadeo.
Las ventajas de disponer de toda la información en volumen en un tejido (cubo tridimensional) mediante el software permiten extraer datos relativos al tejido analizado. (Véase Imagen 1)
– Representarlo en un plano, es decir, la información en volumen.
– Obtener cortes, que muestrean una sección de la zona lesionada y su relación con las estructuras adyacentes.
– Extraer valores numéricos del tamaño de las lesiones en 3D del espacio, así como grosores de la retina y sus capas, y poder compararla de visita a visita.
– Base de datos normalizados permite compara diversos parámetros con la normalidad y motorizar los cambios a lo largo del tiempo.
Diferentes tecnologías
Hay dos categorías principales de la instrumentación de OCT: la de dominio en el tiempo OCT (TDOCT) y la de dominio espectral (SDOCT). La tecnología TDOCT es más intuitiva de entender, como suele ocurrir con tecnologías más antiguas. Los equipos basados en el Dominio espectral están reemplazando rápidamente a la tecnología TDOCT en la mayoría de las aplicaciones, ya que ofrece ventajas significativas en la sensibilidad y la velocidad de imagen.
Dominio en el tiempo (TDOCT)
La figura muestra un diagrama esquemático de la configuración básica de la tecnología TDOCT a base de fibras. El interferómetro de Michelson divide la luz de la fuente de banda ancha en dos caminos, los brazos de referencia y de muestra. El brazo de referencia se termina mediante un espejo que puede ser escaneado en la dirección axial; en el brazo de la muestra, la luz está débilmente centrada en una muestra. La señal de interferencia entre la onda reflejada de referencia y la señal de la muestra retrodispersada se registra entonces.
La capacidad óptica de corte axial de la técnica se debe a las siguientes razones:
- Igualdad de longitud óptica entre referencia y medida; a causa de que la luz es emitida desde una fuente de banda ancha (amplio rango de longitudes de onda ópticas), una señal de interferencia fuerte, sólo se detecta cuando la luz de los brazos de referencia y la muestra han viajado la misma distancia óptica. Específicamente, la interferencia coherente sólo se observa cuando los caminos ópticos difieren en menos de la longitud de coherencia de la fuente de luz, una cantidad que es inversamente proporcional a su ancho de banda óptico.
- La reflectividad óptica es función directa del espesor; el acto de traducir (axialmente de barrido) el brazo del reflector de referencia es equivalente a la realización de la sección óptica de la muestra, lo que permite la generación del mapa de reflectividad óptica en función de la profundidad.
- La rotación de un espejo direcciona los distintos haces para la obtención de imagen 2D-3D; una exploración transversal de la muestra (para construir una imagen tomográfica de dos o tres dimensiones) se consigue mediante la rotación de un espejo.
Dominio espectral (SDOCT)
La figura muestra el esquema de fibras en un sistema SDOCT. La mayoría de los componentes son idénticos a la configuración de la tecnología de dominio en el tiempo. La diferencia clave es que en un sistema SDOCT la longitud del brazo de referencia es fija. En lugar de obtener la información de profundidad de la muestra mediante la exploración de la longitud del brazo de referencia, la luz de salida del interferómetro se analiza con un espectrómetro (de ahí el término dominio espectral). Se puede demostrar que el espectro medido de la salida interferómetro contiene la misma información que una exploración axial del brazo de referencia. El mapa de reflectividad óptica función de la profundidad se obtiene a partir del espectro de salida a través de un interferómetro de Transformada de Fourier.
Otra variante de SDOCT es que utiliza un láser de longitud de onda sintonizable para barrer rápidamente a través de una gama de longitudes de onda, permitiendo que el espectro a la salida del interferómetro sea registrado de forma secuencial utilizando un solo detector. Esta técnica se llama Swept-Source (SSOCT) y es particularmente interesante para OCT de los tejidos que necesiten longitudes de onda más largas que 1 micrómetro.1, 12
Usos del OCT
El OCT permite visualizar la retina con cortes tomográficos de forma no invasiva, sin contacto con el ojo, no precisa dilatación pupilar (en pupilas muy mióticas si que puede haber más dificultad) pero sí que precisa medios transparentes.
En la imagen nº2 vemos el corte que podemos ver y analizar con la OCT, nos permite examinar todas esas capas viendo si hay alguna anomalía y pudiendo localizarla exactamente y cuantificar el grado de anomalía. Por lo que tendremos diferentes usos, dependiendo de la zona que examinemos del ojo. La diferenciación entre todas capas podemos distinguirlas gracias a las propiedades ópticas de cada tejido al llegar el haz lumínico.
Propiedades ópticas de los tejidos
Cuando el haz lumínico llega a las capas de la retina, sufre los fenómenos de absorción, dispersión y transmisión.
- Luz absorbida: en cuerpos opacos, es la porción que el tejido absorbe y transforma en calor.
- Luz transmitida: porción de luz que persiste a pesar de los fenómenos de absorción y dispersión, y que continúa su trayectoria inicial para interactuar con tejidos más profundos.
- Dispersión: se produce por variaciones espaciales microscópicas en el índice de refracción que provoca cambios aleatorios en la dirección de la luz, así el único medio no dispersivo es el vacío. La luz dispersada en dirección opuesta a la emitida se conoce como luz reflejada.
Cada tejido tiene unas propiedades particulares que definen su reflectividad, y lo que hace la OCT es medirlas y representarlas mediante una escala de color (o grises). Los colores cálidos indican reflectividad alta y los fríos, baja. Los tejidos que producen mayor dispersión o reflexión son aquellas que se disponen en capas perpendiculares.
Alta reflectividad: se representa mediante los colores blanco y rojo, e indica que el tejido tiene una gran reflexión, bloqueando la transmisión de la luz.
Zonas de fibrosis, sangre, exudados lipídicos, epitelio pigmentario de la retina (EPR), capa coriocapilar, etc. Apuntar que en la superficie retiniana, cerca del Nervio Óptico (NO) se observa una zona de alta reflectividad, que aumenta conforme se acerca al mismo, se corresponde a la capa de fibras nerviosas de la retina (CFNR) cuya alta reflectancia se debe a su disposición perpendicular al haz de luz y al incremento de grosor.
Baja reflectancia: se representa mediante el negro y el azul, indica que el tejido tiene muy poca reflexión a la luz. Zonas de edema, cavidades quísticas de contenido seroso, vítreo, etc. Anotar que la capa de los fotorreceptores se representa en azul por la disposición de los fotorreceptores paralela al haz de luz.