اپتیک پزشکی | مرکز تحقیقات پردازش تصویر و سیگنال پزشکی

اپتیک پزشکی

زیست پزشکی نوری (Biomedical Optics) شاخه ای از علم است که در آن اصول اولیه مربوط به برهم نهی بین نور و بافت های بیولوژیکی، سلولها و مولکولها مورد بررسی قرار میگیرد. هدف اصلی این علم، یافتن تکنولوژی های جدید به منظور استفاده از نور در جهت افزایش کارایی کلینیک ها و مراکز درمانی است.

در زیست پزشکی نوری از نور و سایر شکل های انرژی الکترومغناطیسی استفاده شده تا اطلاعات دقیق مربوط به یک بخش زنده در ابعاد کوچکتر از سلول گرفته تا بافت های بزرگ بدست آید. در زیست پزشکی نوری کلیه حالات مربوط به تصویربرداری پزشکی و طیف سنجی مورد استفاده قرار میگیرد؛ به همین دلیل بسیاری از علوم دیگر نیز در زیست پزشکی نوری مورد استفاده قرار میگیرد. به همین دلیل امروزه پژوهشگران متعدد با تخصص های مختلف از جمله فیزیک نوری، بیوفیزیک، بیوشیمی، مهندسی پزشکی، زیست شناسی، پزشکی، ریاضیات و حتی کامپیوتر، علاقه مند به تحقیق در زمینه زیست پزشکی نوری شده اند.

از ویژگی های مهم اکثر تجهیزات زیست پزشکی نوری می توان به ماهیت غیرتهاجمی آنها اشاره کرد. بدین ترتیب که نور با شدت مناسب و با استفاده از ادوات اپتیکی به سطح نمونه تابیده شده و با پردازش پرتو نور بازگشتی، اطلاعات مورد نیاز از نمونه بدست می آید.

یکی از زیربخشهای مهم زیست پزشکی نوری، چشم پزشکی نوری (Optical Ophthalmology) است. در این بخش، با استفاده از پرتو نور در محدوده طول موج مرئی یا مادون قرمز، از اجزا داخلی چشم تصویربرداری می شود. این تجهیزات امروزه بسیار رایج شده و تقریباً در تمام کلینیک های تخصصی چشم پزشکی یافت می شود. اطلاعات بدست آمده از این تجهیزات، در شناسایی و تشخیص بسیاری از بیماری ها مفید و موثر است. از جمله این تجهیزات می توان به Optical Coherence Tomography (OCT)، Fundus Camera و OCT Angiography (OCTA) اشاره کرد.

oct

OCT (optical coherence tomography) device

oct

Digital Ophthalmic Non-mydriatic Retinal Eye Fundus Camera

oct

Fundus Imaging - Medical Technology | ZEISS United States

دستگاه OCT یکی از تجهیزات پرکاربرد امروزی بوده که در آن، پرتو نور با شدت کنترل شده به صورت همزمان به یک آینه مرجع و یک نقطه از سطح نمونه تابیده می شود. پرتو نور بازگشتی از سطح آینه و سطح نمونه با یکدیگر برهم نهی کرده و به یک طیف سنج (spectrometer) که در انتهای آن دوربین دیجیتال CCD قرار گرفته است داده می شود. در داخل طیف سنج، پرتو نور به طول موج های تشکیل دهنده خود تجزیه شده و هر طول موج به نقطه مشخصی از سطح دوربین تابیده می شود. شدت نور تابیده شده به هر پیکسل دوربین در قالب یک کد سریال به یک بورد الکترونیکی با قدرت پردازش بالا منتقل شده و در آنجا عملیات پردازشی اولیه بر روی داده ها صورت می گیرد. به اطلاعات نهایی شده که پس از عملیات پردازشی اولیه بدست می آید، A-scan گفته می شود. با تغییر محل تابش نور به سطح نمونه، A-scan های متعددی بدست آمده که کلیه آنها با استفاده از بورد الکترونیکی ذکر شده به کامپیوتر منتقل می شود. در داخل کامپیوتر با استفاده از نرم افزار مناسب A-scan ها کنار یکدیگر قرار داده شده و تصویر سطح مورد مطالعه (B-scan) بدست می آید.

oct

Retinal Layers Cross-Section Image

Retinal Layer Segmentation in Pathological SD-OCT Images Using Boisterous Obscure Ratio Approach and its Limitation

oct

Representative optical coherence tomography (OCT) vertical scan section of the macula of a normal (A and B) and early glaucomatous (C and D) left eye. Macular ganglion cell layer (mGCL) is marked with two asterisks, and retinal nerve fiber (mRNFL) layer is marked with one asterisk, in Fig 1B (healthy eye) and and1D1D (glaucomatous eye). The automated segmentation performed by the OCT Spectralis software between mRNFL and mGCL is shown with a light blue line; and the one between mGCL and inner plexiform layer is shown with a purple line. The arrow indicates superior zone, and fovea position (Fo) is also pointed out. We can appreciate a slight thinning of mRNFL in the glaucomatous eye, especially inferiorly to the fovea. The infrared image obtained with the Vertical Posterior Pole protocol of Spectralis OCT is shown in the lower left corner of each B-scan. The green lines of the infrared image delimit the square scanning area at the posterior pole.

Diagnostic Ability of Inner Macular Layers to Discriminate Early Glaucomatous Eyes Using Vertical and Horizontal B-scan Posterior Pole Protocols

دستگاه Fundus Camera یکی دیگر از تجهیزات پرکاربرد امروزی است که با استفاده از آن یک تصویر کلی از سطح مقطع شبکیه (retina) بدست میآید. دستگاه Fundus Camera از دو منبع نور، یک سیستم اپتیکی و یک دوربین دیجیتال تشکیل شده است. منابع نور وظیفه تامین نور با شدت و طول موج مناسب را بر عهده دارند در حالیکه دوربین دیجیتال وظیفه زوم کردن (focus) مناسب و تصویربرداری به موقع از سطح شبکیه را عهده دار میباشد. سیستم اپتیکی وظیفه هدایت نور به محدوده داخل چشم و سطح شبکیه را برعهده داشته و همچنین پرتو نور بازگشتی از سطح شبکیه را به دوربین دیجیتال میرساند. تصاویر ثبت شده توسط دوربین دیجیتال نیاز به پردازش چندانی نداشته و با یک مدار واسط ساده به کامپیوتر ارسال شده و در آنجا به نمایش گذاشته میشود.

oct

Retinal photographs by various funds cameras

A: Colour fundus photo showing left eye; (Image taken by Zeiss Cirrus photo 800); B: Red-free fundus photo, Better visualisation of new vessels and retinal haemorrhages as opposed to Figure A; C: Colour fundus photo (left) vs fundus autofluorescence (right); Retinal exudates are more visible on the colour fundus photo. Autofluorescence highlights the laser scars not readily visible on a colour fundus photo; D: Seven-field fundus photo - computer-aided mosaic (Image taken by Zeiss Cirrus 800); E: Seven-field fundus with fluorescein angiography (Image taken by Zeiss Visucam D500).

Advances in retinal imaging modalities: Challenges and opportunities

دستگاه OCTA، یکی دیگر از تجهیزات پرکاربرد در کلینیکهای چشم پزشکی بوده که دارای استاندارد طلایی در حوزه تصویربرداری از شبکیه است. در این دستگاه علاوه بر این که تصویر لایه شبکیه و کروئید (choroid) چشم بدست میآید، اطلاعات مربوط به رگهای این دو لایه نیز بدست میآید. البته لازم بذکر است که به منظور دستیابی با این اطلاعات نیاز به تزریق دارو به بیمار می باشد.

oct