OCT技术

高速数据采集产品应用培训 ——之OCT技术
OCT技术 光学相干层析成像
(Optical Coherence Tomography)
1. OCT概念和原理 2.OCT仪器构成 3.数据采集与信号处理 4. 频域OCT 5. 应用案例
1、OCT概念和原理
OCT即光学层析成像技术:
利用弱相干光干涉仪的基本原理，检测生物组织不 同深度层面对入射弱相干光的背向反射或几次散射信号 通过扫描，得到生物组织二维或三维结构图像。 分两类: 时域OCT（TD-OCT）；频域OCT（FD-OCT） 时域OCT是把在同一时间从组织中反射回来的光信号
与参照反光镜反射回的光信号叠加、干涉，然后成像。
频域OCT是参考臂的参照反光镜固定不动，通过改变
光源光波的频率来实现信号的干涉。
1、OCT概念和原理
超声的光学模拟品;
轴向分辨力：
取决于光源相干特性，可达10um
穿透深度： 几乎不受眼透明屈光介质的限制 可观察眼前节，
又能显示眼后节的形态结构。
多种扫描方式，可清晰呈现高度近视、白内障等患者的眼底影像。
• 扫描最快的 OCT，每秒 10万 次 A- 扫描 • 扫 描深 度 更 深，采 用 1050nm 的 高 穿 透 性不 可见 光，脉 络 膜与巩膜清 晰可见
• 可分辨视网膜 7 层结构，首次得到脉络膜厚度地形图
• 均匀的高清画质成像，最有最好的分辨率，白内障与出血下 也能高清成像 • 超宽扫描，线扫最长 12mm，3D 扫最大为 12mmX9mm
2. OCT仪器构成
由低相干光源，光纤迈克尔逊干涉仪和光电探测系 统组成。
2 OCT仪器构成
干涉仪： 一臂是作精密扫描的参考反射镜，产生参考光。 一臂放置待检测组织样品。 1.光源发出的光经过2×2的光纤耦合器后，被均匀地 分成两束，分别进入放有反射镜的参考臂和放有被测 样品的样品臂。
2.照在样品上的光进入样品组织内部，经过样品反射 回来的光与反射镜反射回来的参考光经光纤耦合器汇 合到探测器处。
5 应用案例(6)——NI
条件 单次A-scan的 采样数 单次B-scan 采样数(帧像） 单次V-scan 采样数 （Volume） 数据量与传输速度 320个采样 320 x 256 = 81,920个采样 320 x 256 x 256 = 20,971,520 个采样
每秒的Volume 数量
5 应用案例(2)
5 应用案例(2)
A、B和C扫描的区别： A型扫描显示：是将接收到的信号处理成波形图像，根据 波形的形状可以看出被测物体里面是否有异常和缺陷在那 里、有多大等； B型扫描显示：是将并排很多条经过辉度处理的探测信息 组合成的二维的、反映出被测物体内部断层切面的"解剖 图像"； C型扫描显示：C型扫描显示仪器示波屏代表被检工件的投 影面，这种显示能绘出缺陷的水平投影位置，但不能给出 缺陷的埋藏深度。
每秒B-scan次 数 每秒的采样数量
12 volumes/秒
256 x 12 = 每秒3,072 次B-scan 20,971,520 x 12 = 每秒 251,658,240 个采样
每秒的字节数量
每秒的FFT次数 总记录字节
251,658,240 x 2字节 = 每 秒 503,316,480 字节
包络
4 频域OCT技术
FD-OCT成像系统，分两种：
（1）激光扫描OCT（SS-OCT）
利用波长可变的激光光源发射不同波长的光波；
（2）光谱OCT（SD-OCT）
利用高解像度的光度仪来分离不同波长的光波。
最大优点：更高速度的扫描 每秒钟扫描帧数为100帧，回撤速度大于20mm/s。 图像的分辨率也得到提高 更清楚的看到病变的微细结构特征。
256 x 256 x 12 = 每秒 786,432次 FFT 503,316,480 x 60 x 100 = 3,019,898,880,000 字节 数据量与传输速度
END!
5 应用案例(1)
跨科手术:
OCT 可在去除肿瘤的手术过程中分析有无癌症。
一般而言，外科医生取出肿瘤周围组织时，总是希望去除所有 的癌症细胞。去除的肿瘤及周围的组织会送至病理实验室进行几 周的分析，然后做出术后书面报告。 由于 OCT 影像在组织学和病理学应用当中采用相同的分辨率， 因此手术室中的 OCT 系统能够让外科医生在手术过程中确切知道 需要去除多少组织，同时留下多少安全边缘部份，如此便不会错 误去除未感染癌症的组织，因而省却后续手术的费用及痛苦。 OCT 技术能够让医生实时看见组织学分辨率的影像，以便在第 一次进行去除肿瘤的外科手术时做出更好的决定。
5 应用案(1)
牙科：确定 X 光和目测都无法发现的早期龋齿及某 些牙龈疾病，以进行更有效的预防程序；
动脉疾病：应用于临床上对于动脉粥样硬化斑块进展
的研究,以及介入治疗与药物干预上的临床结果。
可更深入的评价治疗方案。 可以检测到很多腔内血管内膜和斑块表面一些特殊 的结构，包括血栓、纤维斑块及夹层或侵蚀、溃疡等。
传统DMA模式，内存和CPU开销太大，设备无法实现实时成像。 2、采用外时钟，同时增加第二路触发，也称为frame trigger。
客户需求：光谱仪OCT每年200台，扫频OCT每年10台，
若扫频OCT成本降下去，可能会更多。
5 应用案例(4)—仪和仪美OCT
第五代高清高速前后节联合OCT： 成像清晰度可达3微米，扫描速度可达6万线每秒， 成像速度可达128幅每秒。1秒钟可以完成3D密集扫描。
5 应用案例(3)-目标客户
AD卡：alazartech的ATS9350（2通道 12bit 500MS/s 65000元） DA卡：星硕华创的 （100K 12bit USB接口 2000元） 其AD卡：信噪比不太好，质量不过关。
QT的DA卡：没有那么低采样率的。
alazartech的卡占有率高的主要原因： 1、No Pre-Trigger (NPT) AutoDMA 采集模式很重要
4 频域OCT技术
激光扫描OCT
（SS-OCT）
光谱OCT
（SD-OCT）
4 频域OCT技术
光谱仪，又称分光仪，分单色仪和多色仪。 以光电倍增管等光探测器测量谱线不同波长位置强 度的装置。 构造： 一个入射狭缝，一个色散系统， 一个成像系统，一个或多个出射狭缝。 以色散元件将辐射源的电磁辐射分离出所需要的波 长或波长区域，并在选定的波长上进行强度测定。
典型的光谱仪主要由一个光学平台和一个检测系统组成。包括： 1. 入射狭缝: 在入射光的照射下形成光谱仪成像系统的物点。 2. 准直元件: 使狭缝发出的光线变为平行光。该准直元件可以是一 独立的透镜、反射镜、或直接集成在色散元件上，如凹面光栅光 谱仪中的凹面光栅。 3. 色散元件: 通常采用光栅，使光信号在空间上按波长分散成为多 条光束。 4. 聚焦元件: 聚焦色散后的光束，使其在焦平面上形成一系列入射 狭缝的像，其中每一像点对应于一特定波长。 5. 探测器阵列：放置于焦平面，用于测量各波长像点的光强度。 该探测器阵列可以是CCD阵列或其它种类的光探测器阵列。
显示方式：
动态回放 黑白灰度方式（亮度可调） 反白方式 - （亮度可调）
纵向扫面深度：2mm
横向扫面宽度：10mm 成像最小瞳孔：2mm 扫描速度：6万线每秒
数据处理：
距离、体积 角膜、黄斑、RPE、视神经厚度 视盘杯盘比 视盘3.45环扫 房角测量 输出、打印： 输出图像文件 黄斑、视盘分析报告 角膜分析报告 视神经纤维分析报告 地形图报告 视盘环扫报告
功能：成像包括角膜、房角、虹膜及晶体、黄斑、视盘、
视盘环扫等。
计算功能强大：基于海量数据三维数据重建真实，多种报 告格式。不仅是视网膜OCT，还是角膜OCT及视盘分析系统。
5 应用案例(4)—仪和仪美OCT
第五代先进性：
眼球定位功能
实时OCT噪声降低技术（ART） 纵向分辨率：优于3微米 横向分辨率：优于10微米
2 OCT仪器构成
只有当反射镜反射回的参考光和生物样品反射的信
号光的光程差匹配时才能产生干涉;
光程差不能为一个相干长度。 由样品反射回来光的强弱与样品的组织密切相关 光信号包含组织的散射系数和吸收系数等信息， 所以： 信号的强度反映了样品的反射强度 。
OCT特点：
1 分辨率高 2 无辐射，非侵入
成像速度：128幅每秒
光源：850nm宽带超辐射发光二极管 屈光调节范围：-15D----+15D 扫描模式：单帧扫描，单帧精细扫描， 三维扫描，三维精细扫描 黄斑模式，视盘模式 角膜模式，房角模式 虹膜及晶体模式 彩色方式（彩色可调）
5 应用案例(5)—Topcon 拓普康
可呈前后段 OCT 影像独有的免散瞳眼底彩照功能，与 OCT 一一对应。 既有利于眼底病的综合诊断又保证检查的可重复性。三维成像技术、解剖 学分层技术及三维病变定位技术，为诊断和治疗提供更多信息。
3 高探测灵敏度
4 实时成像，速度快
3 数据采集与信号处理
此部分将光学干涉信号转换成电流信号，处理得到光学干涉 信号的包络。 再进行模数转换，存储到计算机里。下图为电信号处理示意图。 1.首先通过带通滤波器滤掉干涉信号中的直流成分及低频噪声； 2.然后将带通信号与本振信号相乘，或自身平方；
3. 再通过低通滤波器，就可获得包络信号。
4 频域OCT技术
光谱仪，又称分光仪，分单色仪和多色仪。 以光电倍增管等光探测器测量谱线不同波长位置强 度的装置。 构造： 一个入射狭缝，一个色散系统， 一个成像系统，一个或多个出射狭缝。 以色散元件将辐射源的电磁辐射分离出所需要的波 长或波长区域，并在选定的波长上进行强度测定。
4 频域OCT技术
5 应用案例(1)