Doppler optical coherence tomography (D-OCT) enables high resolution imaging of spatially-localized motion in the sample, especially in-vivo microvasculature imaging, utilizing the phase-resolved technique that is based on the detection of the phase shift between two temporally separated A-lines.
To ensure correlation between the two phase measurements, conventional D-OCT over-samples in the transverse direction reducing the phase de-correlation due to the transverse displacement of the imaging beam at the expense of the imaging speed, i.e., frame rate. Recently several approaches such as optimization of beam scanning pattern in OFDI (optical frequency domain imaging) and dual beam scan using polarization multiplexing in SD-OCT (spectral-domain OCT) were demonstrated to address this issue. We present high-speed Doppler OFDI using frequency multiplexed dual beam illumination. The novel scheme provides a pair of spatially separated beams with an acousto-optic frequency shifter that illuminate the exactly same location on the sample with an adjustable time interval upon the imaging beam scan by the galvanometer. Since each beam is encoded with a distinct frequency shift, the two temporally separated beams are easily de-multiplexed in data processing.
We demonstrate high-speed vasculature imaging of a mouse thigh, ankle and brain with 117 Fps imaging speed which could measure 3D image of micro-vascular structure in few seconds. This device could be applied on various research fields on medical treatment and diagnosis and biological research.
혈관은 인체의 다양한 질병뿐만 아니라 발생과정, 치료과정 등에서 중요한 역할을 하며 이러한 혈관을 이미징 하기 위하여 다양한 장비들이 개발, 사용되어 왔다. 이러한 장비들은 저해상도의 수 센티미터 크기의 넓은 부위를 이미징 하는 장비와 고해상도의 수백 마이크로미터 크기의 좁은 부위를 이미징 하는 마이크로스코프 장비로 나누어 볼 수 있다. 이러한 장비들은 암과 같은 질병 발생 부위의 전체적인 미세혈관의 구조와 형태를 이미징 하기에 적합하지 않으며, 그를 위하여 최근 수 밀리미터 크기의 비교적 넓은 부위를 고해상도로 이미징 할 수 있는 장비인 도플러 OFDI 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 도플러 OFDI 시스템은 이러한 장점에도 불구하고 느린 속도를 가져 실제 질병 및 생체연구에 제한점이 있으며 본 연구에서는 이러한 제한점을 극복하기 위하여 두 개의 동등한 빔을 이용한 새로운 스캐닝 방법을 통해 기존의 도플러 시스템보다 수십 배 빠른 초고속 고해상도 도플러 OFDI 시스템을 개발, 제작하였다.
이러한 시스템의 성능을 검증, 향상시키기 위하여 장비의 감도를 측정함과 동시에 노이즈 성분들을 분석하는 과정을 진행 하였으며, 실제 혈류 속도의 측정의 정확도를 검증하기 위하여 조직 팬텀을 제작하여 유속을 측정하고 3D 이미지를 제작하는 과정을 개발 및 검증하였다. 이를 바탕으로 실제 조직의 3D 이미지를 수초 내에 측정하여 이미징 할 수 있는 장비를 개발 및 검증을 완료하였다.
제작된 장비를 통한 실제 이미징을 진행하면서 쥐의 뇌 및 다리의 혈관을 이미징함과 동시에 장비의 실제 적용 가능한 분야들을 모색하였다.
