眼科光学相干断层扫描仪质量控制参数的测量方法分析_李宁

FEATURES

1 OCT简介

光学相干断层扫描技术（Optical Coherence Tomography， OCT）是近年来迅速发展起来的一种成像技术。它利用弱相干光干涉仪的基本原理，测量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，再通过扫描，可得到生物组织二维或三维结构图像。

OCT 的发展经历了时域OCT（TD-OCT）和频域OCT （FD-OCT）两个阶段。TD-OCT 是通过样品臂和参考臂反射光的光程差来探测不同深度的组织背景信号。FD-OCT 一般由宽带光源照明的迈克尔逊干涉仪和光谱仪组成，与TD-OCT 不同的是，参考臂是固定不动的，直接测量干涉信号的光谱，对所测的光谱进行快速傅里叶逆变换得到样品不同纵

向深度的信息。相对于TD-OCT 而言，FD-OCT 具有更高的成像信噪比和更快的成像速度，更适合对生物组织实时成像和三维成像。这也是目前OCT 设备的主流技术。

目前OCT 在口腔科、神经科、脑科、动脉介入治疗和眼科等多个领域均有应用，但是在眼科领域的应用最为广泛，技术也很成熟。在眼科的应用领域包含：黄斑疾病的诊断、脉络膜新生血管疾病的诊断、视网膜疾病的诊断、眼科疾病术后检测、视网膜神经纤维层的定量测量、黄斑部中心凹及分区的定量检测、中央角膜厚度的定量测量等[1-4]。

2 眼科OCT设备质控指标及意义

由于OCT 技术在眼科领域的广泛应用，本文只讨论眼科OCT 设备的质控指标及测量方法，同时，通过调研我们了解到，目前在世界范围内主流的眼科OCT 设备均是采用FD-OCT 的成像方式，因此下面的讨论将聚焦于利用FD-OCT 进行成像的眼科OCT 设备。

眼科光学相干断层扫描仪质量控制参数的测量方法分析

Research on Measurement Methods of Quality Control Parameters of Ophthalmic Optical Coherence Tomography

[摘 要] 本文主要介绍了光学相干断层扫描技术（OCT）质控参数的意义和分辨率测量方法的对比分析。着眼于眼科OCT设备，阐述了该类设备的质控指标及其含义；结合OCT设备的原理和应用情况，重点从技术层面和实现层面阐述了眼科OCT设备关键指标——分辨率的测量方法，同时还比较了不同测量方法的优劣。

[关键词] 光学相干断层扫描；分辨率；质控参数；模拟眼

Abstract : This paper describes the signi fi

cance of quality control parameters of the optical coherence tomography (OCT) and makes a comparative analysis of the different methods of resolution measurement. Focusing on the ophthalmic OCT devices, their quality control indicators and meanings are described. Combined with the principle and application of OCT devices, this paper mainly researches on the resolution, which is one of the key quality control indicators. Then it gives a detailed comparison of the advantages and disadvantages of different methods of measurement.

Key words: optical coherence tomography; resolution; quality control parameters; model eye [中图分类号] TH786 [文献标志码] A doi：10.3969/j.issn.1674-1633.2013.07.003[文章编号] 1674-1633(2013)07-0008-03

李宁1，刘艳珍1，贺伟罡2，孟祥峰1，王权1，张志军2

1.中国食品药品检定研究院医疗器械检定所，北京 100050；

2. 国家食品药品监督管理总局 医疗器械技术审评中心，北京 100044

LI Ning 1, LIU Yan-zhen 1,

HE Wei-gang 2,

MENG Xiang-feng 1,

WANG Quan 1, ZHANG Zhi-jun 2

1.Institute for Medical Devices Control, National Institutes for Food and Drug Control, Beijing 100050, China；

2. Center for Medical Device Evaluation，SFDA，Beijing 100040, China

收稿日期：2013-05-03 修回日期：2013-06-06基金项目：国家科技支撑计划课题（2012BAI22B04）；中国食品药品检定研究院中青年发展研究基金（2011C1）。

通讯作者：张志军，国家食品药品监督管理总局医疗器械技术审评中心主任。

通讯作者邮箱：zhangzhijun@

FEATURES

眼科OCT设备的主要参数包括：成像范围、扫描频率、分辨率（包括横向分辨率和纵向分辨率）、最小瞳孔直径和屈光度调节范围等。

2.1 成像范围

成像范围，顾名思义，是考量设备在一次成像过程中拍摄范围大小的物理量。在其他指标相同的情况下，成像范围越大越好。较大的成像范围可以便于医生对眼底的整体情况进行更换的对比和判断。增大成像范围就会增加扫描线的发射数目，也就是增加了扫描时间，由于在眼科OCT检查过程中，患者眼球的相对运动越少，拍摄的图像质量越高，如果无限的增加成像范围，就会造成扫描时间过长，患者眼球的相对运动大，会产生拍摄的运动伪影。因此，成像范围的数值大小要考虑对扫描时间的影响。

2.2 扫描频率

扫描频率，是OCT设备发射扫描线的频率。OCT设备的扫描功能是通过“多线成面，多面成体”的原理实现的，具体来说就是，OCT设备每发射一条扫描线，通过干涉现象就可以获得该扫描线上的生物组织信息，即对该条线上是生物组织进行成像，移动扫描线就可以获得另外一条扫描线上的生物组织信息，以此类推，当完成一行扫描线的成像后就获得一个平面的图像，而对多行扫描线成像后就获得一个三维物体的图像。所以OCT设备发射扫描线的频率越高，OCT设备的扫描时间就会越短。

2.3 横向分辨率

横向分辨率，是考量眼科OCT设备在眼底平面方向对于微小物体的分辨能力。目前眼科OCT设备的横向分辨率大多是20 λm，最高可达到14 λm 。横向分辨率高是OCT测量技术的主要优势之一，也是OCT技术优于其他检测技术的主要原因。由FD-OCT设备的工作原理来看，似乎横向分辨率主要受扫描线间隔的影响，但是在OCT设计过程中，相邻扫描线的覆盖区域是有交叉的，也就是扫描线的间隔对目前的OCT设备无影响。横向分辨率主要受扫描光斑大小的影响。

2.4 纵向分辨率

纵向分辨率，是考量眼科OCT设备在眼轴方向对于微小物体的分辨能力。目前眼科OCT设备的纵向分辨率为3~10 ，由此可以看出纵向分辨率的数值在厂家分布比较分散。纵向分辨率的影响因素多而复杂，其中与光谱的形状相关性最大。通过光谱形状的处理来提供OCT设备的纵向分辨率也是目前的研究热点之一。同时，纵向分辨率也是OCT设备的最重要参数之一。

2.5 最小瞳孔直径

最小瞳孔直径，是考量眼科OCT设备对于瞳孔直径的适应状况。人眼瞳孔的大小不一，且受外界因素影响，如入射光线强度、调节状态等也会对瞳孔的直径造成影响。眼科OCT设备进行眼底检查时，如果瞳孔较小，就会使得成像范围变小，如果瞳孔过小，会使得眼球成为一个“管视”形状的光学系统，而这种光学系统会对成像质量造成很大影响。

2.6 屈光度调节范围

屈光度调节范围，是考量眼科OCT设备对于人眼球不同屈光度的补偿程度。由于个体差异等因素，不同被检查者的屈光度是不同的。现有眼科OCT设备的屈光补偿范围绝大多数是-33~+40。

3 分辨率的测量方法分析

横向分辨率和纵向分辨率均是眼科OCT设备的关键质控指标，也是目前不同眼科OCT设备的主要差异之一。以下将根据FD-OCT设备的原理，对分辨率的测量方法进行介绍和对比。目前，眼科OCT分辨率的测量方法主要分为3类：理论计算方法、图像处理方法和模拟眼测量方法。下面将针对3类方法分别进行介绍和比较。

3.1 理论计算方法

3.1.1 横向分辨率

对于FD-OCT设备，横向分辨率主要取决于设备前端透镜的聚焦光斑大小，光斑越小，横向分辨率就越高。聚焦光斑大小与横向分辨率数值的具体关系如式(1)所示：横向分辨率= (1)其中f为透镜焦距，d为通光孔径；λ为波长。

3.1.2 纵向分辨率

纵向分辨率取决于扫描光源相干长度，相干长度和光源半高谱宽与中心波长密切相关。

在迈克尔逊干涉仪中，当低相干光源为高斯光源时，纵向分辨率的表达式为：

纵向分辨率： (2)其中λ为扫描光谱的中心波长，△λ为扫描光源半高谱宽[5-6]。

3.1.3 小结

由以上可知，当运用理论计算方法来测量分辨率时，需要测量设备的扫描光源特性、透镜焦距和透镜通光孔径。由于眼科OCT设备在仪器终端的光强比较弱，所以一般采用测量仪器内部未衰减时的光；在测量透镜焦距和通光孔径的时候，也需要拆开仪器，将仪器内部的透镜单独取出进行相关测量。由于在OCT设备中透镜的位置要求精度比较高，因此将透镜装回仪器时要求进行位置的校验。

理论计算方法的优点：

（1）被测量为基础参量，对测量设备的要求相对较低。

（2）原理清晰。

但是，理论计算方法的缺点也是很明显的，主要是：（1）理论计算方法是有损测量，对于成品测量而言需要拆开仪器进行，测量成本较高。