光学相干断层扫描技术

光学相干断层扫描技术
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1 技术简介 2 工作原理 3 实际应用
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医学成像技术的发展
Ø1895年德国物理学家发现了x射线，不久人们便通过x 射线透视，成功从患者手中取出一枚钢针异物，这是x 射线最早应用于临床的实例。 Ø上世纪50-60年代开始应用超声与核素扫描进行人体检 查，出现了超声成像与γ闪烁成像
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病理科的应用
OCT技术的另一个重要应用是探测人体软组织的早 期癌变 。 OCT依据癌变组织具有与健康组织不同的光谱特性 和结构，得到组织清晰的像，由此实时而准确地 进行诊断。因为采用了计算机进行信号处理，所 得结果与操作人员的主观因素无关。
中心波长与谱线宽度
Ø中心波长决定了其在组织内的穿透深度，即成 像深度 Ø谱线宽度又影响其纵向分辨率
一般选用超辐射二极管或者ASE作为其光源使用
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时域相干光学断层扫描
➢ 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来的光信号叠加、干涉，然 后成像。
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Ø时域OCT中参考光臂的 光路长度可以转换为时间， 通过改变反光镜位置实现 不同断层成像。
时域光学相干断层扫描 的干涉信号
频域相干光学断层扫描
Ø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。
Ø采用频域技术的OCT系统仅需要横向扫描，纵向扫描 由背向散射光谱的傅里叶逆变换获得。
Ø70年代和80年代相继出现了X线计算机体层成像（XCT）、磁共振成像（MRI）和发射体层成像（ECT）。
Ø70年代迅速兴起了介入放射学，介入超声和超声组织 定位，MRI和CT的立体组织定位等，以及PET在分子水平 上利用影像技术研究人体心脑代谢和受体功能。
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各类成像技术的缺点：
ØCT：有些部位骨骼伪影太多，影响其周围软组织结构的 显示，受呼吸运动的影响，容易漏诊小的病状，x线辐射 量大，重建图像伪影较多
扫描方式
v单点（共焦）光学相干断层扫描
Ø对样品从两个维度进行扫描，然后使用扫描时通过 参考光臂轴向扫描的相干门控效应所得到的深度信息 来重建三维图像。
v并行（全场）光学相干断层扫描
Ø样品采用全场照明的方式，使用电荷耦合器件 （CCD）照相机将样品的像记录下来; Ø移动参考镜面来记录连续的正面图像，随后可以重 建出三维的图像
Ø参考光与物光的干涉光谱被探测器接收，此信号为 光强关于波数 k(k=2π/λ)的函数 I(k)。对 I(k) 进行傅里叶逆变换，就得到对应着深度坐标 z 的 样品信号 a(z)。
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实际应用
1 眼科的应用 2 病理科的应用
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眼科的应用
OCT技术的第一个临床应用领域就是眼科学。 OCT可以测定视神经纤维的厚度、测量视网膜结 构、拍摄黄斑疾病、诊断和监测视网膜疾病等， 因此广泛应用在眼科学。 目前，OCT可对视网膜进行高分辨力，快速度的 二维成像，其纵向分辨率达14µm，纵向扫描速 度达160mm/s。
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发展历程
Ø1997年MIT的David Huang et al 在science上发表了 《optical coherence tomography》一文中首次提到 ØOCT Ⅰ:1994年，由ZEISS公司开发并投入商业使用
ØOCT Ⅱ:OCT仪器体积更小，更易操作，分辨率明显 提高，出现了RNFL分析 ØOCT Ⅲ:2002年3月，Stratus OCT上市，其分辨率更高， 分析速度更快，仪器体积更小，并具备进一步的分析程 序：包括视网膜分析，RNFL分析，视盘分析，同时也 包含FDA认证的RNFL和黄斑正常值数据库。 ØOCT Ⅳ:2006年。
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光学相干断层扫描的主要优点
Ø对活体组织成像，分辨率可达微米级 Ø对组织形态迅速、直接的成像 Ø不需要制备样品 Ø不需要离子辐射
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工作原理
1 基本原理 2 时域相干光学断层扫描 3 频域相干光学断层扫描 4 扫描方式
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Ø回波成像；
Ø利用近红外线及光学干涉原理对生物组 织进行成像；
参照光
源自文库参照反 光镜
光
源
样品光
被测 物体
叠加 干涉
成像
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横向分辨率为：R0.6 1/NA
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纵向分辨率为:：Lc
2l n2•
2
光源
光源采用红外波段光波
Ø生物组织对不同光波的吸收即散射效果都不同 Ø在红外波段，生物组织对其吸收最低，散射 也最高
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光学相干断层扫描技术
Ø光学相干层析是90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 得内部的显微结构信息进行层析成像
Ø分辨率1um-15um,比传统的超声成像高1-2个数量级， 而且可以实现实时在体检测，OCT系统的体积和制造 成本远小于MRI,使得这种技术在实验研究和临床应用 方面都大有可为
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对青光眼患者， 该技术使医生能够监测视神经 纤维层的变化情况，而无须测量眼压； 对糖尿病患者，可以对视网膜的肿胀进行定量测 量， 进而诊断病情。 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，可用于青光眼和视网膜中区退化 的早期诊断。
ØMRI:价格昂贵，成像复杂，大多数情况下不适宜于首选， 体内带有金属异物或装有心脏起搏器者禁用，不适合幽闭 恐怖症患者
Ø 超声：受气体与骨骼的阻碍，不适合于含气脏器如 肺消化道及骨骼的检查，准确性受操作者的经验，检 查技巧和认真程度影响
……
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医学成像诊断的要求
Ø实时 Ø在体：不影响组织结构 Ø危害小：无创，辐射小 Ø分辨率高