Tomografia optyczna

Tomografia optyczna z użyciem światła częściowo spójnego (ang. Optical Coherence Tomography) jest wysokorozdzielczą, nieinwazyjną i bezdotykową techniką obrazowania wewnętrznej struktury obiektów słabo rozpraszających. Najszersze zastosowanie metoda ta znalazła w obrazowaniu biomedycznym, w szczególności w okulistyce. W zespole toruńskim bada się również przekroje niektórych obiektów muzealnych.

Toruńskie tomogramy obrazujące przekroje różnych fragmentów oka na tle ryciny autorstwa wybitnego anatoma Samuela Thomasa Soemmerringa urodzonego w XVIII wieku w Toruniu. Soemmerring otrzymywał swoje przekroje oka rozcinając całe tkanki, a toruńscy fizycy otrzymują je w sposób całkowicie nieinwazyjny i bezdotykowy.

Po raz pierwszy technikę tą opisano w roku 1991. Fale świetlne wysłane są w głąb badanego obiektu, gdzie ulegają rozproszeniu wstecz na elementach jego struktury. Uzyskanie bezpośredniej informacji o strukturze staje się możliwe po zinterferowaniu promieniowania rozproszonego z wiązką odniesienia. W tomografii optycznej istnieją dwie metody rejestracji i analizy sygnału interferencyjnego. Pierwsza – klasyczna, zwana czasową tomografią optyczną OCT (ang. Time domain OCT) – rozwijana od początku lat 90. została skomercjalizowana i od roku 1996 firma Carl Zeiss Meditec wytworzyła trzy wersje tomografu optycznego opartego o tę metodę. Alternatywnym rozwiązaniem jest metoda spektralna OCT (ang. Spectral OCT), która ze względu na skomplikowany proces rejestracji i analizy danych pomiarowych została zarzucona na korzyść metody klasycznej.

W roku 1999 Zespół Fizyki Medycznej UMK w Toruniu pod kierownictwem prof. Andrzeja Kowalczyka rozpoczął prace nad metodą spektralną SOCT. Trzy lata później Zespół doniósł o praktycznym wykorzystaniu metody spektralnej i zademonstrował eksperymentalnie po raz pierwszy na świecie możliwości opracowanej metody wykonując urządzenie umożliwiające bezkontaktowe i bezinwazyjne otrzymywanie obrazów przekrojów warstw tkanek przedniego i tylnego odcinka oka z rozdzielczością rzędu kilku mikronów. Pokazana została przewaga metody spektralnej nad metodą klasyczną tomografii optycznej: spektralna tomografia optyczna pozwala na prawie stukrotnie szybszą rejestrację danych przy około 30-krotnie mniejszym naświetleniu oka. To z kolei zwiększa komfort pacjenta i operatora, polepsza jakość obrazów, rozszerza zakres mierzonych prędkości przepływu krwi, pozwala na wykonywanie filmów tomograficznych, oraz tomogramów trójwymiarowych, co ma szczególne znaczenie w diagnostyce medycznej.

Podejmując współpracę z lekarzami okulistami z Collegium Medium UMK w Bydgoszczy Zespół zademonstrował, że ich wyniki mają praktyczne znaczenie wprowadzając nową jakość w dziedzinie diagnostyki okulistycznej. Ciągłe rozwijanie metody i udoskonalanie urządzenia, pozwoliło z sukcesem wdrożyć tomograf do produkcji przemysłowej przez krajowego producenta sprzętu okulistycznego. Ostateczna wersja tomografu opracowanego w Zespole Fizyki Medycznej UMK stała się prototypem, pierwszego na świecie komercyjnego tomografu SOCT (obecnie na całym świecie jest już 7 producentów tego typu aparatów).