Tomografia por Coerência Ótica
(OCT - Optical Coherence Tomography)

    A tomografia por coerência ótica surgiu no final dos anos 80 como uma técnica interferométrica capaz de obter imagens da superfície ou do interior de materiais. A técnica, análoga ao ultrassom, mede o tempo de ida e volta de um sinal luminoso desde a fonte até uma interface no interior do material. Este tempo de voo está relacionado com a velocidade de propagação v da luz no interior do material através da expressão v=c/n, onde c é a velocidade da luz no vácuo e n é o índice de refração do material. O índice de refração, por sua vez, está relacionado à densidade do material, e interfaces entre regiões do corpo com diferentes densidades irão refletir diferentes intensidades da onda incidente.

    Assim, é possível fazer um mapeamento espacial das interfaces existentes no interior do corpo, e a amplitude do sinal refletido permite construir uma imagem em tons de cinza (ou falsa cor) das diferenças de densidade existentes através do material. Como o sinal de inspeção utilizado encontra-se no domínio ótico, a técnica é muito semelhante à empregada no radar ótico (LIDAR, Light Detection and Ranging), onde um pulso de luz de curta duração é lançado através do material e são coletadas e analisadas suas reflexões através das múltiplas interfaces do corpo.

    Embora conceitualmente simples, essa técnica apresenta algumas complicações instrumentais para geração e detecção de pulsos luminosos com a duração temporal adequada. Se por exemplo as diversas camadas do objeto estiverem separadas por distâncias da ordem de 1 mm, os pulsos luminosos empregados devem ter uma duração da ordem de t=d/c=1 mm/3x10 ⁸ m/s @ 10^-15 s para garantir uma boa resolução espacial. Muito embora estejam disponíveis tanto fontes de luz quanto eletrônica para esta escala temporal, existe uma alternativa mais acessível para resolver o problema, utilizando a interferometria.

    Em uma configuração mais estável mecanicamente, é possível construir um interferômetro de Michelson com componentes de fibra ótica. Um acoplador com 2x2 braços separa a luz de uma fonte em dois feixes, que são enviados para um braço de referência e um braço de amostra. O braço de referência possui um espelho montado sobre um estágio de movimento (A-scan ou varredura-A), enquanto que no braço de amostra é colocado o corpo do qual se deseja formar a imagem. Se a fonte luminosa tiver uma alta coerência (resultante por exemplo de um laser com pequena largura de banda), a luz que se recombina sobre o detector exibirá um padrão de interferência cuja intensidade varia aproximadamente com um função quadrática do cosseno à medida em que o espelho é movimentado. Em função do elevado grau de coerência da fonte, o padrão de interferência será visualizado para grandes deslocamentos do espelho de referência, i.e., enquanto a diferença de percurso dos dois feixes em ambos os braços não ultrapassar o comprimento de coerência da fonte.

    No entanto, se a fonte apresentar baixa coerência devida à uma largura de banda relativamente maior (a luz de um LED, por exemplo), o resultado será diferente. O padrão de interferência, observado quando a diferença de percurso da luz entre os dois braços for inferior ao comprimento de coerência da fonte, será agora observado apenas para um percurso relativamente menor do espelho de referência.

    Assim, quando um objeto com múltiplas interfaces for posicionado no braço de amostra do interferômetro, a movimentação do espelho no braço de referência produzirá um interferograma observável sempre as diferenças de percurso entre os feixes que percorrem os dois braços for inferior ao comprimento de coerência da fonte. Esta configuração para OCT é chamada de Tomografia por Coerência Ótica no Domínio Temporal.

    Neste caso, o interferograma resultante equivale a uma varredura através da profundidade do objeto (A-scan). As envoltórias destes interferogramas (linhas vermelhas na figura abaixo) estão relacionadas com as distâncias entre as interfaces semi-refletoras no interior do material. A amplitude de cada envoltória, relacionada com a refletividade da interface, é utilizada então para construir a imagem em tons de cinza das densidades de cada material através do corpo. Para a construção da imagem bidimensional de uma secção do objeto, são realizadas diversas varreduras do feixe de leitura (braço objeto) denominadas B-scan. Estas podem posteriormente ser combinadas para formar uma imagem tridimensional do objeto.