OPTICAL COHERENCE ELASTOGRAPHY IN DERMATOLOGY

Abstract

Optical Coherence Elastography (OCE) is an optical imaging technique that allows obtaining images called elastograms in which the pixel values correspond to measurements of the sample's mechanical properties. This technique combines an excitation system to induce mechanical disturbances with an optical coherence tomography (OCT) system to measure, over time, the response of the sample to the induced displacements. From the displacement map, it is possible to visualize the propagation of mechanical waves in the sample and obtain images of mechanical properties such as Young's modulus. It is literally palpating with light!This dissertation describes the adaptation of an OCE system based on a swept-source laser (central wavelength of 1040 nm), commonly used for ocular acquisitions, for applications in the field of dermatology.The developed system uses OCT and is capable of obtaining three-dimensional tissue images and detecting surface displacement through phase-sensitive measurements: the phase information obtain from the measured interferogram after Fourier Transform is used. This allows measuring displacements for different depths of the sample, with a resolution of nanometers, about 100 times better than the optical resolution of the instrument.The mechanical properties of the skin can change with different factors such as age, location, hydration and pathologies. In medicine, the mechanical characterization of skin is essential for the diagnosis of certain diseases, in the evaluation of artificial skin substitutes, among other purposes. In the cosmetics industry, quantification of the mechanical properties of the skin allows to prove manufacturers' claims, such as proving the rejuvenating properties of anti-wrinkle and anti-ageing creams. In this project, I intend to evaluate the application of the OCE system developed at CIBIT to the measurement of skin mechanical properties. This evaluation implies (i) the definition of measurement protocols, (ii) characterization of the OCE signal generates at the skin surface and the quantitative measurement of the skin properties for different conditions, locations, skin types, with and without application of dermatological and cosmetic products.

A Elastografia de Coerência Ótica (OCE) é uma técnica de imagem ótica que permite obter elastogramas: imagens em que os valores de cada pixel correspondem a medições das propriedades mecânicas da amostra. Esta técnica combina um sistema de excitação para induzir perturbações mecânicas com um sistema de tomografia de coerência ótica (OCT) para medir, ao longo do tempo, a resposta da amostra aos deslocamentos induzidos. A partir do mapa de deslocamentos, é possível visualizar a propagação de ondas mecânicas na amostra e obter imagens de propriedades mecânicas, tais como o módulo de Young. É literalmente palpável com luz!Esta dissertação descreve a adaptação de um sistema OCE baseado num laser de fonte varrida (comprimento de onda central de 1040 nm), normalmente utilizado para aquisições oculares, para aplicações no campo da dermatologia.O sistema desenvolvido utiliza OCT e é capaz de obter imagens tridimensionais do tecido e detetar o deslocamento da superfície através de medições sensíveis à fase: a informação de fase obtida a partir do interferograma medido após a transformação de Fourier é utilizada. Isto permite medir deslocamentos para diferentes profundidades da amostra, com uma resolução de nanómetros, cerca de 100 vezes melhor do que a resolução ótica do instrumento.As propriedades mecânicas da pele podem-se alterar com diferentes fatores, tais como idade, localização, hidratação e patologias. Na medicina, a caracterização mecânica da pele é essencial para o diagnóstico de certas doenças, na avaliação de substitutos artificiais da pele, entre outros fins. Na indústria cosmética, a quantificação das propriedades mecânicas da pele permite provar as alegações dos fabricantes, tais como provar as propriedades rejuvenescedoras dos cremes anti-rugas e anti-envelhecimento. Neste projeto, pretendo avaliar a aplicação do sistema OCE desenvolvido na CIBIT para a medição das propriedades mecânicas da pele. Esta avaliação implica (i) a definição de protocolos de medição, (ii) a caracterização do sinal OCE gerado na superfície da pele e a medição quantitativa das propriedades cutâneas para diferentes condições, locais, tipos de pele, com e sem aplicação de produtos dermatológicos e cosméticos.