Design, implementation and characterization of an Optical Coherent Tomography system based on a swept infrared laser source for the structural and biomechanical measurement of ocular and skin tissues

Abstract

El queratocono y el cáncer de piel son enfermedades que afectan los sentidos de la vista y el tacto. El queratocono comienza como un trastorno refractivo, que puede causar ceguera si no se trata a tiempo. El cáncer de piel es mortal en pocos casos, pero puede afectar la calidad de vida de las personas si no se trata en etapas tempranas. Estas dos enfermedades pueden tratarse, con muy buenos resultados, si el tratamiento se inicia en estadíos tempranos. Actualmente el queratocono se diagnostica mediante el análisis de deformaciones en la topografía corneal. El cáncer de piel en sus primeras etapas, se diagnostica mediante el método de inspección ABCDE, un examen visual que clasifica los lunares según su topología y apariencia. Algunos estudios demuestran que, para el queratocono y el cáncer de piel, las propiedades biomecánicas cambian antes de que se vea afectada la morfología. Para detectar estos cambios, se puede utilizar la elastografía. Teniendo en cuenta las dimensiones de los ojos y la piel, y el hecho de que las áreas afectadas en las primeras etapas son muy pequeñas, la técnica de imagen utilizada para este tipo de diagnóstico debe tener una resolución micrométrica y, además, ser capaz de adquirir imágenes en un par de segundos. La Tomografía de Coherencia Óptica cumple estas condiciones y añade características como la obtención de imágenes de capas profundas. No solo es posible mapear y trazar la topografía de la superficie del tejido, sino también capas más profundas (hasta aproximadamente 1 mm). Esta tesis abarca el proceso de diseño e implementación de un sistema de Tomografía de Coherencia Óptica de Fuente de Barrido que puede utilizarse para la elastografía por ultrasonido.Keratoconus and skin cancer are diseases that affect the senses of sight and touch. Keratoconus starts as a refracting disorder, but can cause blindness if not treated early. Skin cancer only treads life in few cases, but it can affect people’s quality of life if not detected at earlier stages. These two diseases can be treated with very good results if treatment starts as early as possible. Currently, keratoconus is diagnosed by analyzing deformations on corneal topography. Skin cancer at the first level is diagnosed using the ABCDE screening method, a visual examination that classifies moles according to their topology and appearance. Some studies show, for keratoconus and skin cancer, that biomechanical properties change before the morphology is affected. In order to detect these changes, elastography can be used. Taking into account the dimensions of the eyes and skin and the fact that affected areas in the early stages are very small, the imaging technique used for this type of diagnostic must have a resolution in the order of micrometers and also be able to acquire images in a couple of seconds. Optical Coherence Tomography fulfills these conditions and adds features such as deeper layer imaging. Not only can the tissue surface topography be mapped and traced, but also deeper layers (up to 1 mm approximately). This thesis covers the design and implementation process for a Swept Source Optical Coherence Tomography system that can be used for ultrasound elastography. iii