Simulación numérica de un sistema de tomografía de coherencia óptica de dominio temporal

Abstract

Optical Coherence Tomography (OCT) is a cross-sectional imaging technique of high resolution (1-15 μm), with a good depth capacity (up to 12 mm), non-invasive and without contact, which allows analyzing the internal microstructure of samples such as materials or tissues. The OCT technique is based on a Michelson interferometer with a low coherence light source centered in the near infrared region. In one of the arms of the interferometer, there is a moving mirror, and in the other arm, the mirror is replaced by a sample object. The moving mirror, when moves a known distance, produces a delay in the path that the light travels. Such a delay is correlated with light that is back reflected or backscattered by the sample. A depth profile of the sample, known as an A-scan or axial scan, can be obtained by plotting the scanning distance (moving mirror displacement) against the signal intensity. As a result of a lateral scan or B-scan, a set of two-dimensional data is produced that represents the optical backscatter in a cross-sectional plane of the sample; and, by performing a longitudinal scan or C-scan it is possible to obtain several cross-sectional images that provide three-dimensional information of the sample. The unique characteristics of this technology allow a wide range of both clinical and research applications. Currently, there are different types of OCT systems, depending on the technology and the system used to acquire the information of the sample and create its three-dimensional image, differentiating between these, the time domain (TD-OCT), the spectral domain (SD-OCT), and the swept source (SS-OCT) systems. This thesis work is intended to explain the working principle of a time domain OCT through numerical simulations.

La tomografía de coherencia óptica, OCT por sus siglas en inglés (Optical Coherence Tomography) es una técnica de formación de imágenes transversales de alta resolución (1-15 μm), con buena capacidad de profundidad (hasta 12 mm), no invasiva y sin contacto, lo cual permite analizar la microestructura interna de muestras como materiales o tejidos. La tomografía se basa en un interferómetro de Michelson con una fuente de luz de baja coherencia centrada en la región del infrarrojo cercano. En uno de los brazos del interferómetro se encuentra un espejo móvil, y en el otro brazo, el espejo se sustituye por un objeto muestra. El espejo móvil, al desplazarse una distancia conocida produce un retardo en la trayectoria que viaja la luz. Tal retardo se correlaciona con la luz retrorreflejada o retrodispersada por la muestra. Se puede obtener un perfil de profundidad de la muestra, conocido como A-scan o escaneo axial, graficando la distancia de escaneo (desplazamiento del espejo móvil) contra la intensidad de la señal. Mediante un escaneo lateral o B-scan se produce un conjunto de datos bidimensionales que representan la retrodispersión óptica en un plano de sección transversal de la muestra y realizando un escaneo longitudinal o C-scan es posible obtener varias imágenes transversales que proporcionan información tridimensional de la muestra. Las características únicas de esta tecnología permiten una amplia gama de aplicaciones tanto clínicas como de investigación. Actualmente existen diferentes tipos de OCT, dependiendo de la tecnología y el sistema que utilizan para adquirir la información de la muestra y crear su imagen tridimensional, diferenciándose entre éstos los de dominio temporal (TD-OCT), los de dominio espectral (SD-OCT) y los de fuente de barrido (SS-OCT). Este trabajo de tesis se pretende explicar el principio de operación y funcionamiento de un OCT de dominio temporal mediante simulaciones numéricas.