Учёные и студенты Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого разработали новый метод квантовой оптической когерентной томографии, основанный на сканировании разности частот спутанных фотонов. Это позволит, по словам исследователей, повысить качество снимков при диагностике биологических структур внутренних органов в 1,5 раза – врачи смогут получать более качественный снимок и благодаря этому ставить более точный диагноз и назначать необходимое лечение. Научную статью о своем теоретическом исследовании сотрудники Политеха опубликовали в журнале JETP Letters.
© Depositphotos.com / ra2studio
В основе принципа работы оптической когерентной томографии лежит интерференция света, рассеянного или отраженного внутри исследуемого объекта. Классический метод ОКТ, который применяется в медицине в наше время, устроен так: исходящий от источника света луч разделяется на два, один из которых проходит через исследуемый объект, отражается от различных по глубине участков ткани и является основой для построения изображения. Второй попадает на зеркало, отражается и служит своеобразной точкой отчета, так как его параметры не меняются. Затем оба луча попадают на детектор, где складываются и регистрируются. Так проходит изучение в одной точке – его итогом становится формирование А-скана. Затем переходящий через объект луч перемещается, и такая же процедура проходит в других точках изучаемой ткани. В конечном счете полученные А‑сканы суммируются и формируется двухмерное изображение.
«Современные методы ОКТ позволяют получать изображения с детализацией на уровне нескольких микрометров. Тем не менее на большой глубине детализация изображения ухудшается вследствие зависимости параметров биологических тканей от длины волны света, из-за чего нарушаются условия интерференции света», - отметил кандидат физико-математических наук, доцент Высшей школы прикладной физики и космических технологий СПбПУ Николай Ушаков.
Ученые Политеха предложили использовать спутанные фотоны и показали, как нужно управлять их частотными свойствами для получения наилучших условий интерференции пар фотонов. Благодаря этому можно получить информацию о глубине, на которой отражен фотон, проходящий через исследуемый объект, и достичь минимального влияния неоднородности среды на ОКТ изображение. Таким образом, детализация изображения пострадает намного меньше, нежели чем при классическом методе.
«Пару фотонов называют спутанной в том случае, если какие-то их параметры имеют четкую связь друг с другом. Согласно законам квантовой физики, возможно описать поведение такой пары, только рассматривая их совместные свойства. За счет этого поведение спутанных фотонов при интерференции зависит не только от их индивидуальных свойств, а в том числе и от соотношения их параметров», - поделился Николай Ушаков.
Благодаря новой квантовой методике один фотон из лазерного импульса попадает на нелинейный оптический кристалл, где он расщепляется на два. При одновременном рождении оба фотона имеют случайные частоты, но от пары к паре частоты изменяются схожим для обоих фотонов образом. Именно за счет управляемости процессом рождения фотонов стало возможно менять их свойства и частоты.
Новый квантовый метод, по словам ученых, реально внедрить в существующее оборудование. При сравнении с классической схемой в квантовой меняется устройство источника света. В нем появляется нелинейный оптический кристалл. Ученые в ближайшие годы планируют заняться практической разработкой такого источника света. Также будут необходимы два детектора, а не один. Оба они должны быть предназначены для анализа одиночных фотонов.
Главное преимущество ОКТ в том, что диагностика осуществляется неинвазивным способом – без проникновения в ткани. Томографы имеют высокую разрешающую способность и позволяют в режиме реального времени проводить детальное исследование структур сетчатки, зрительного нерва и сосудистой оболочки глаза.
Новый квантовый метод ОКТ, по словам ученых, как и классический, можно использовать не только в офтальмологии, но и при борьбе с онкологией, нейродегенеративными заболеваниями и другими. Помимо медицины, говорят специалисты, новые технологии могут быть применены в изучении структуры микроэлектронной платы без разрушений структуры.
Информация предоставлена пресс-службой Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого
Источник фото: ria.ru
