تصميم نموذج جهاز تصوير طبي معتمد على أشعة الليزر باستخدام النمذجة والمحاكاة

الملخص

يُعدّ التصوير البصري المقطعي بالتداخل (Optical Coherence Tomography – OCT) أحد أكثر تقنيات التصوير الطبي تطورًا، إذ يعتمد على الليزر منخفض القدرة كمصدر ضوئي لإنتاج صور مقطعية عالية الدقة للأنسجة الحيوية.

تقوم فكرة التقنية على مبدأ التداخل الضوئي (Optical Interferometry)، حيث يُقسَّم شعاع الليزر إلى حزمتين: الأولى تُوجَّه نحو العينة المراد فحصها، والثانية نحو مرآة مرجعية. بعد انعكاس الحزمتين، يتم جمعهما لتكوين نمط تداخل يسمح بقياس الفروقات في زمن الانتشار، ومن ثم تحديد العمق والانعكاسية البصرية لكل طبقة داخل النسيج.تتميز أشعة الليزر المستخدمة في OCT بأنها متماسكة زمنياً ومكانياً، وغالباً ما تكون من نوع ليزر الفائق السطوع (Super luminescent Diode – SLD) أو الليزر النبضي لتوفير عرض نطاق طيفي واسع، مما يتيح الحصول على دقة محورية تصل إلى بضعة ميكرو مترات.

كما يُتحكم بطول الموجة ضمن النطاق 800–1300 نانومتر لتحقيق اختراق ضوئي مناسب للأنسجة الحية دون إحداث ضرر حراري.ُستخدم تقنية OCT بشكل واسع في طب العيون لتصوير الشبكية والعصب البصري، وفي طب القلب والأوعية لتشخيص تصلب الشرايين، وكذلك في الأورام الجلدية للكشف المبكر عن التغيرات النسيجية.

كما طُوِّرت أشكال متقدمة مثل Spectral-Domain OCT وSwept-Source OCT لزيادة سرعة الالتقاط والدقة المكانية، مع دمج تقنيات معالجة الإشارة بالذكاء الاصطناعي لتحسين جودة الصورة واستخلاص السمات المرضية تلقائياً.

يُعدّ الليزر في هذا السياق عنصرًا أساسياً لأنه يحدد بدقة كلًّا من عمق الاختراق، الدقة الزمنية، وسرعة المسح. وتعتمد جودة الصورة على خصائص الليزر مثل القدرة البصرية، التماسك، استقرار الطول الموجي، ونسبة الضجيج.تُستخدم أنظمة التحكم البصري لتقليل التشتت داخل الأنسجة، بينما تساعد المرشحات الطيفية على تحسين نسبة الإشارة إلى الضجيج (SNR).