光学相干成像系统 PPT课件
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OCT(光学相干层析成像)原理
1993年，第一台商 用OCT系统上市。
2000年代以后， OCT技术逐渐拓展 到其他医学领域， 如皮肤科、妇科等。
OCT技术的应用领域
眼科
OCT技术广泛应用于眼科疾病 的诊断和治疗，如黄斑病变、
青光眼、白内障等。
皮肤科
OCT技术可以用于皮肤肿瘤、 皮肤炎症等疾病的诊断和治疗 。
妇科
OCT技术可以用于子宫颈癌、 卵巢癌等妇科疾病的诊断和治 疗。
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OCT的层析原理
OCT通过测量反射光和透射光的干涉信号来获取样品的层 析结构。干涉信号的强度与参考光束和样品光束的光程差 有关，通过测量不同延迟时间下的干涉信号，可以重建样 品的层析结构。
OCT的层析过程通常采用频域OCT或时域OCT技术实现。 频域OCT通过快速扫描光学频率来获取干涉信号，而时域 OCT则通过快速扫描参考光束的延迟时间来获取干涉信号 。
03 OCT系统组成
光源模块
01
02
03
光源选择
OCT系统通常使用近红外 光波长的激光作为光源， 如800-1300nm波长范围。
光源输出功率
光源模块需要提供稳定的 输出功率，以保证OCT系 统的成像质量。
光谱特性
光源应具有较窄的光谱宽 度，以提高OCT系统的分 辨率。
扫描模块
扫描方式
扫描模块负责将光源发出 的光束扫描到待测样品上， 实现层析成像。
OCT图像的定量分析
厚度测量
OCT图像可以用于测量组织的厚度，通过对不同层次反射信号的 识别和测量，可以获得组织厚度的定量数据。
折射率计算
OCT设备通过测量光在组织中的传播速度，可以计算出组织的折射 率，这对于判断组织性质和生理状态具有重要意义。
光学相干断层成像技术OCT的临床应用介绍视网膜共30张课件
基本工作原理
光束射到将要被 成像的组织或标本 上，光束被不同距 离上的显微结构反 射，通过测量反射 光的时间延迟，可 以无创地测量组织 或标本的纵向内部 结构。在不同的横 向位置上进行连续 的纵向距离测量， 然后把获得的信息 显示为二维的横截 面图像。
基本工作原理光束射到将要被成像的组织或标上，不同距
组织学 黄斑前膜 视网膜水肿增厚
国内外研究发现青光眼对视网膜神经纤维层的损害可比视野损害早6年以上 可以观察到黄斑区视网膜放射状并呈褶皱样。
视网膜神经纤维层（RNFL）、节细胞GC内丛状
第5页，共30页。
视网膜各层结构
高感度 ＋ 高分解性
视网膜各层结构高感度精再现分解性＋神经纤维
第6页，共30页。
OCT Ganglion cell
GCC厚度——主要观察神经节细胞减少反映 All Rights Reserved. OCT显示黄斑中央凹神经上皮萎缩明显，厚度降低。 ヘンレ線維層（Henle’s fiber layer） 内核层至外核层有多个囊样小腔。 国内外研究发现青光眼对视网膜神经纤维层的损害可比视野损害早6年以上 網膜色素上皮層（RPE） OCT显示黄斑中央凹神经上皮萎缩明显，厚度降低。
中心性浆液脉络膜视网病变例5：年龄相关黄斑(湿
第18页，共30页。
• Ganglion cellOCT在青光眼诊断方面的应用
GCC(RNFL+GCL+IPL) 錐体外節端（COST） 光学相干断层成像技术OCT的临床应用 国内外研究发现青光眼对视网膜神经纤维层的损害可比视野损害早6年以上 Copyright © NIDEK CO. 垂直线扫中可见中央凹下RPE有小部分高反射并隆起。 病例5：年龄相关性黄斑变性(湿性) CNV Copyright © NIDEK CO. 病例4：年龄相关性黄斑变性(干性) 垂直线扫中可见中央凹下RPE有小部分高反射并隆起。 内核层至外核层有多个囊样小腔。 中浆：神经上皮脱离伴色素上皮脱离 OCT在青光眼诊断方面的应用 網膜色素上皮層（RPE） 神経節細胞層（GCL） OCT在青光眼诊断方面的应用
光学成像系统的传递函数-PPT
U o ( α , β )L{ δ( xo α , yo β )}dαdβ
U o ( α , β )h( xi Mα , yi Mβ )dαdβ
1
M2
Uo(
~xo M
, ~yo M
)h( xi
~xo , yi
~yo
)d~x o d~yo
§4.相干照明衍射受限系统的成像规律
2.理想光学成像系统
§3.相干照明衍射受限系统的点扩散函数
c.衍射受限系统的点扩散函数 当不考虑系统的几何像差，仅仅考虑系统的 衍射限制时的情况。
无论系统多么复杂，均可从系统分析角度，
简化为：
阿贝认为系统
衍射限制主要
由入瞳引起。
瑞利认为系统 衍射限制主要 由出瞳引起。
§3.相干照明衍射受限系统的点扩散函数
c.衍射受限系统的点扩散函数 将光学系统的出瞳函数替代薄透镜的光瞳函 数，并用出瞳到像面之间的距离替代薄透镜 的像距，则衍射受限系统的点扩散函数为：
Gi ( ξ ,η ) F { U i ( xi , yi )}
Gg ( ξ ,η ) F { U g ( xi , yi )}
Hc(
ξ
,η
)
Gi ( ξ ,η ) Gg( ξ ,η )
§5.衍射受限系统的相干传递函数
b.相干传递函数Hc(,)与光瞳函数的关系
h~( xi , yi ) F { p( λdi x , λdi y )}
2q
]dx' dy'
§2. 透镜的傅里叶变换
b.透镜的傅里叶变换特性
U1( x' , y'
)
A0 jλd0
0
t( x0 , y0
)exp[
光学相干断层成像OCT基础知识(64页)
✓ OCT技术在眼科领域对眼底和视网膜病变的临 床观察方面得到了广泛应用。在消化系统、循环 系统的临床应用都得到了很好的开发。
应用背景
✓ 1998年，Lightlab Imaging(LLI)公司成立，开始开发 OCT在冠状动脉成像方面的应用。
✓ LLI 的 知 识 产 权 来 自 于 MIT, Harvard University, Massachusetts General Hospital, Tufts University, Medtronic, and the Zeiss Foundation，拥有多项专利。
OCT的临床应用
纤维斑块
OCT的临床应用
钙化斑块
OCT的临床应用
脂质斑块
OCT的临床应用
2.发现易损斑块
组织学
纤维脂质斑块
薄纤维帽
富含脂质核心
OCT
OCT的临床应用 2.发现易损斑块
OCT能敏锐发现斑块破裂
纤维帽破口
OCT的临床应用 3.识别各种血栓
血栓
OCT的临床应用
红血栓 白血栓
OCT的临床应用 4.指导进行支架置入术
OCT的临床应用 1.揭示斑块形态和性质
IVUS影像
可疑病变？ 破裂斑块？
OCT的临床应用 1.揭示斑块形态和性质
OCT清楚显示
破裂斑块！
OCT的临床应用 1.揭示斑块形态和性质
纤维斑块
丰富均一的高信号区
纤维斑块
纤维斑块
钙化斑块
边界清晰，不均一的低信号区
钙化
钙化
脂质斑块
脂池
脂池
边界模糊，均一的低信号区
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应用背景
✓ 1998年，Lightlab Imaging(LLI)公司成立，开始开发 OCT在冠状动脉成像方面的应用。
✓ LLI 的 知 识 产 权 来 自 于 MIT, Harvard University, Massachusetts General Hospital, Tufts University, Medtronic, and the Zeiss Foundation，拥有多项专利。
OCT的临床应用
纤维斑块
OCT的临床应用
钙化斑块
OCT的临床应用
脂质斑块
OCT的临床应用
2.发现易损斑块
组织学
纤维脂质斑块
薄纤维帽
富含脂质核心
OCT
OCT的临床应用 2.发现易损斑块
OCT能敏锐发现斑块破裂
纤维帽破口
OCT的临床应用 3.识别各种血栓
血栓
OCT的临床应用
红血栓 白血栓
OCT的临床应用 4.指导进行支架置入术
OCT的临床应用 1.揭示斑块形态和性质
IVUS影像
可疑病变？ 破裂斑块？
OCT的临床应用 1.揭示斑块形态和性质
OCT清楚显示
破裂斑块！
OCT的临床应用 1.揭示斑块形态和性质
纤维斑块
丰富均一的高信号区
纤维斑块
纤维斑块
钙化斑块
边界清晰，不均一的低信号区
钙化
钙化
脂质斑块
脂池
脂池
边界模糊，均一的低信号区
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【最全PPT】相干和非相干光学处理
复合光栅实现图像相加和相减示意图
当复合光栅相对坐 标原点的位移量恰 等于半个莫尔条纹 时，两个正一级像 的位相差等于π， 该处得到图像A、 B的相减结果；而 当复合光栅恢复到 坐标原点位置时， 两个像的位相差为 0，得到图像A、B
的相加的结果 。
图像相减的应用
图像相减操作在许多方面已经得到应用：
图像的相加和相减—复合光栅调制法
所谓复合光栅，是指两套取向一致、但空间频率有微小差异的一维 正弦光栅迭合在同一张底片上制成的光栅，设两套光栅的空间频 率分别为0和0-，由于莫尔效应，在复合光栅表面可见到粗大 的条纹结构，称为“莫尔条纹”。将图像A、B对称置于输入面上
坐标原点两侧，间距为x，并使它与x满足关系式 x = λf
相干和非相干光学处理
（优选）相干和非相干光学处理
多重像的产生
利用正交光栅调制输入图像的频谱，可以得到多重像的输出
正交朗奇光栅的频谱形成一个Sinc函数的阵列，可近似看成是δ 函数阵列（书上公式有错误请同学自己找，作为练习），物函数 与之卷积的结果是在P3平面上构成输入图形的多重像
图像的相加和相减--一维光栅调制法
用于检测工件的加工，可通过与标准件图片的相减结果检查工件外形 加工是否合格，并能显示出缺陷之所在
光学微分—像边缘增强
光学微分的光路系统仍采用4f 系统，待微分的图像置于输入面的
原点位置，微分滤波器置于频谱面上
设输入图像为t0（x0，y0），它的傅里叶频谱为T（fx，fy），输出 图像是T（fx，fy）的逆变换，若想得到图像的微分输出，那么在
提取轮廓的其它方法也由光学微分发展而来
微分滤波用于位相物，也有应用价值。例如，用光学微分检测透 明光学元件内部缺陷或折射率不均匀性，用于检测位相型光学元 件的加工是否符合设计要求等等
光学相干层析成像技术 ppt课件
2020/12/15
9
2020/12/15
10
OCT分辨率
• OCT的分辨本领由其纵向分辨率和横向分 辨率来衡量
• 其纵向分辨率取决于OCT系统低相干光源
的相干长度 L2In2•2
2
• OCT的横向分辨率取决于光束通过焦距为f
的透镜聚焦到样品上的光斑直径
X4df 2NA
2020/12/15
• 实验结果证明，OCT 诊断各种视网膜疾病 非常有用，从有斑点产生，到形成青光眼， 再到视网膜脱离均可探测。
• 在描绘眼睛结构方面，OCT的能力是其他 成像仪器所不能比拟的
2020/12/15
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牙科诊断
• PS—OCT（偏振敏感OCT） • 使用样品对背散射光双折射的大小成像 • 牙齿表面的釉质具有强烈的双折射效应，
4
医学成像诊断的要求
• 实时
• 在体：不影响组织的结构，
• 危害性小：无创，辐射小
• 分辨力高
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光学相干层析成像（OCT）
• 光学相干层析(OCT)是9O年代发展起来的 一种新型光学成像手段。它通过测量生物 组织的背散射光强度和相位获取内部的显 微结构信息进行层析成像。
• 分辨率1um～15um， 比传统的超声成像高 l～2个数量级，并且可以实现实时在体检测。 OCT系统的体积和制造成本都远小于磁共 振成像(MRI)这使得该技术在实验研究和临 床应用方面都大有可为
光学相干层析成像技术 及其在医学中的应用
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1
应用需要
• 对病变组织的精 确诊断是当今世界医学研究的重 要 课题之一，生物 医学 工作者一直在寻找无创 的生物体检测方法 。
光学相干成像系统
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生物组织结构分析
通过光学相干成像系统，可以对生物组织样本进行无损检测，分析 其微观结构和功能。
生物分子检测
利用光学相干成像技术可以检测生物分子在细胞内的分布和动态变 化，有助于深入了解生物分子功能。
工业检测中的应用
1 2 3
表面缺陷检测
光学相干成像系统能够检测材料表面的细微缺陷， 如裂纹、气泡等，提高产品质量和安全性。
干涉模式
根据光波的相位差，干涉 条纹可以是明亮的或暗淡 的，形成不同的干涉模式。
干涉测量
利用干涉现象测量光波的 波长、波前形状和相位变 化等参数。
光学相干性原理
光的相干性
描述光波在空间和时间上的相互 关联程度。
相干长度
在一定时间段内，光波保持相干性 的最大距离。
相干性控制
通过控制光波的相干长度，实现光 学相干成像系统的分辨率和灵敏度。
多功能化与集成化
总结词
多功能化和集成化是光学相干成像系统未来的重要发展方向。通过集成多种功能 和模块，光学相干成像系统将能够适应更广泛的应用场景，提高其实用性和便捷 性。
详细ห้องสมุดไป่ตู้述
多功能化的光学相干成像系统能够同时实现多种成像模式和测量功能，例如结构 、偏振、光谱等。这将有助于用户更全面地了解样品性质和特征。集成化则使得 光学相干成像系统更加便携、紧凑，方便在各种环境和条件下使用。
它利用了光的干涉和散射现象，通过测量反射或散射光的光强分布来获取物体表面 形貌和内部结构的非侵入式成像技术。
光学相干成像系统具有高分辨率、高灵敏度、高穿透力和实时成像等优点，因此在 生物医学、工业检测、光学通信等领域得到了广泛应用。
血管内超声(IVUS)光学相干断层扫描成像(OCT)培训学习讲解PPT课件
• 2.正常管腔的3层结构：内膜、中膜、外膜。内膜是斑块沉积的 所在之处；中膜是定位的关键层，阅片时先找中膜；外膜是血 管的边界。
• 3.IVUS与OCT的5大不同：作用机理不同、穿透力不同、分辨 率不同、回撤速度不同、操作难度不同。
几个概念
➢ 1.软斑块和硬斑块（IVUS） • 软斑块是指脂质斑块，呈低回声；硬斑块包括钙化斑块（呈高
➢ 冠脉病例2：患者男性，62岁，胸部疼痛15年，无糖尿病、高血压 ，吸烟史20年。
➢ 图A可见LAD一处程度为70%～80%、相对固定的狭窄。这样的病 变你会着急放支架吗？
➢ OTC测得狭窄段管腔面积为2.74mm2，正常参考段约9mm2，狭窄 程度>70%（如图B、图C）。
➢ IVUS图像显示管腔规则，管壁无任何沉积斑块。但在狭窄段管壁 之外，可见一半月形的低回声，即"半月征"，提示存在心肌桥（图 D）。当心脏收缩时冠脉受压出现"狭窄"。测FFR值为0.82（图 E），提示未存在缺血，最后选择了保守治疗。
➢ 病例1术后证实，患者的严重狭窄实为心肌桥所致。由此可见，腔 内诊断能让我们更好地看清和了解冠脉病变，从而做出更准确的治 疗决策。
➢ 病例3：NSTEMI患者，冠造发现LAD和RCA均存在约80%的狭窄 （图A、D）。多支病变，谁是罪犯血管？
➢ 经OCT检查发现，LAD虽然管腔狭窄，但为稳定性斑块，而RCA 狭窄程度较LAD轻，但为易损斑块，且有斑块破裂及小血栓形成。 由此可判定罪犯血管为RCA。
2 判断支架是否充分扩张、贴壁是否良好；
PCI术中
3 评估病变覆盖情况； 4 观察支架不良结果（如血肿、夹层）；
5 指导生物可降解支架的置入。
3、IVUS、OCT的临床应用
• 3.IVUS与OCT的5大不同：作用机理不同、穿透力不同、分辨 率不同、回撤速度不同、操作难度不同。
几个概念
➢ 1.软斑块和硬斑块（IVUS） • 软斑块是指脂质斑块，呈低回声；硬斑块包括钙化斑块（呈高
➢ 冠脉病例2：患者男性，62岁，胸部疼痛15年，无糖尿病、高血压 ，吸烟史20年。
➢ 图A可见LAD一处程度为70%～80%、相对固定的狭窄。这样的病 变你会着急放支架吗？
➢ OTC测得狭窄段管腔面积为2.74mm2，正常参考段约9mm2，狭窄 程度>70%（如图B、图C）。
➢ IVUS图像显示管腔规则，管壁无任何沉积斑块。但在狭窄段管壁 之外，可见一半月形的低回声，即"半月征"，提示存在心肌桥（图 D）。当心脏收缩时冠脉受压出现"狭窄"。测FFR值为0.82（图 E），提示未存在缺血，最后选择了保守治疗。
➢ 病例1术后证实，患者的严重狭窄实为心肌桥所致。由此可见，腔 内诊断能让我们更好地看清和了解冠脉病变，从而做出更准确的治 疗决策。
➢ 病例3：NSTEMI患者，冠造发现LAD和RCA均存在约80%的狭窄 （图A、D）。多支病变，谁是罪犯血管？
➢ 经OCT检查发现，LAD虽然管腔狭窄，但为稳定性斑块，而RCA 狭窄程度较LAD轻，但为易损斑块，且有斑块破裂及小血栓形成。 由此可判定罪犯血管为RCA。
2 判断支架是否充分扩张、贴壁是否良好；
PCI术中
3 评估病变覆盖情况； 4 观察支架不良结果（如血肿、夹层）；
5 指导生物可降解支架的置入。
3、IVUS、OCT的临床应用
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相干传递函数CTF 的计算
这说明，相干传递函数等于光瞳函数，仅在空域坐标和频 域坐标之间存在着一定的坐标缩放关系。而且上一节给出 的光瞳上的坐标变换产生了具体的物理意义，即空间频率
x y ~ ~ fx x , fy y d i d i
• 一般光瞳函数都是中心对称的，故可在一个反射坐标中来 定义相干传递函数，去掉负号的累赘，将相干传递函数改 写为
光学相干层析成像
用途： OCT可进行活体眼组织显微镜结构的非接触式、非 侵入性断层成像。OCT是超声的光学模拟品，但其轴 向分辨力取决于光源的相干特性，可达10um ,且穿透 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，多用于眼内疾病尤其是 视网膜疾病的诊断，随访观察及治疗效果评价等方面。
fy fx rect rect a /( d ) a /( d ) i i
• 显然，不同方位上的截止频率不相同，在 x, y 轴方向上，x 系统的截止频率 f0 a (2di ) 。系统的最大截止频率在与 轴成45°角方向上
光学相干成像系统的应用
• 故其相干传递函数和截止频率分别为
f 2 f 2 x y H c ( f x , f y ) P(d i f x , d i f y ) circ D / 2d i
f cut
D 2 di
正方形光瞳相干传递函数计算
• 对于出瞳是边长为 a 的正方形，则光瞳函数为
衍射受限相干光学成像系统
• 在相干照明下的衍射受限系统，对复振幅的传递是线 性空不变的。
• 空间不变线性系统的变换特性在频域中来描述更方便。 • 频域中描述系统的成像特性的频谱函数称为衍射受限 系统的相干传递函数，记作CTF。
相干传递函数CTF 的计算
• 相干传递函数CTF 是点扩展函数的傅里叶变换
x , y Hc ( f x , f y ) F h i i
• 由于点扩展函数本身是光瞳函数的傅里叶变换，因此根据傅 里叶变换的积分定理有
, di y P( di f x , di f y ) H c ( f x , f y ) F F P di x
x y P( x, y) rect rect a a
正方形光瞳相干传递函数计算
• 相干传递函数为
d i f y d i f x H ( f x , f y ) P(d i f x , d i f y ) rect rect a a
光学相干层析成像
OCT系统构成： 光学相干层析成像基于干涉仪原理，利用近红外 弱相干光照射到待测组织，依据光的相干性产生干 涉，采用超外差探测技术，测量反射回来的光强，用 于组织浅表层成像。OCT 系统是由低相干光源、光 纤迈克尔逊干涉仪和光电探测系统等构成。
H c ( f x , f y ) P(d i f x , d i f y )
相干传递函数CTF 的计算
• 相干传递函数计算：
• 圆形光瞳相干传递函数计算 • 正方形光瞳相干传递函数计算
圆形光瞳相干传递函数计算
• 对于直径为D的圆形光瞳，其孔径函数可表为
x2 y 2 P( x, y) circ D/2
应用： • 光学相干层析成像（OCT） • 滤波器
光学相干层析成像
光学相干层析成像
简介： 光学相干层析技术（又称光学相干断层扫描技术， Optical Coherence Tomography, OCT）是近十年 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，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，可得 到生物组织二维或三维结构图像。
衍射受限相干光学成像系统
1
2
3
3.出瞳像面:菲涅耳衍射
1. 物面入瞳: 菲涅耳衍射
2. 透镜系统: 黑箱. 只考虑边端(入瞳与出瞳之间) 的变换 关系
衍射受限相干光学成像系统
• 理想成像：点物通过系统后形成点像。实际像质受多 种因素限制。 • 衍射受限系统：不考虑系统的几何像差，像质仅仅受 到系统衍射效应的限制，即成像光束大小的限制。 • 相干成像系统：衍射受限相干光学成像系统输入面上 照明光是相干光，即单一波长，单一偏振方向，光场 中在成像过程中任意两点之间的光程差（相对相位） 恒定。
1 h( x 0 , y 0 ; x i , y i ) 2 d0di
1 2 d0di
2 P ( x , y ) exp j [( x Mx ) x ( y My ) y ] dxdy i 0 i 0 d i
2 ~ ~ P ( x , y ) exp j [( x x ) x ( y y ) y ] dxdy i 0 i
由于物面上照明是相干的，则这无数个脉 冲在像平面上的响应便是相干叠加。像的复 振幅分布可以按叠加积分公式表达为物的复 振幅分布与脉冲响应函数的叠加积分。 所以，成像系统的特性可以描述为：
x , y , di y exp yi y dy h i i - j 2 xi x dx P di x , di y ) F P ( d i x
光学相干成像系统的频谱 分析
相干成像过程
对于一个透镜或一个成像系统，如果能清 楚地了解物平面上任一小面元的光振动通 过成像系统后，在像平面上所造成的光振 动分布情况，通过线性叠加，原则上便能 求得任何物面光场分布通过系统后所形成 的像面光场分布，进而求得像面强度分布。
成像系统的特性
因而，描述成像系统特性的关键是求出任意小面元 的光振动所对应的像场分布。 当该面元的光振动为单位脉冲即δ函数时，像场分布 函数叫做点扩展函数或脉冲响应函数。 点扩展函数公式如下：