光学相干层析技术

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OCT正在改进的工作
为使OCT技术成为医生能够使用和真正想用的诊断工具，还 有几个关键问题需要解决。OCT技术的先驱Fujimoto说：“OCT 技术整合了许多子技术，系统的整体性能归根到底取决于一些关 键部位。” • • • • 光源 图像采集 探测 易于使用的软件
作为一种新兴的成像技术,OCT技术以其独特的魅 力在科学研究和医学临床上具有广泛的应用前景。相 比于技术已经成熟的超声、CT、PET和MR I等成像装 置, OCT技术也有其自身的局限性和缺陷:光源的选择 标准不够统一、成像深度浅等,但OCT技术可以作为传 统成像技术的补充,随着该技术的不断改进,其应用范围 必将进一步扩大。
心血管
OCT对冠状动脉成像，对于激光消融术和其它去除 血管阻塞物技术十分重要，以往的技术无法明确地区分 病理和健康组织的外形轮廓。现在OCT可以在开放的外 科手术中和导管外科手术中探测血管壁。在冠状动脉 OCT影像中，由于较大的后向散射和脂肪钙化斑状的阴 影效应，脂肪钙化斑状层，纤维动脉粥样化和正常动脉 壁对比十分明显。绝大多数的心肌梗塞是由心脏中的动 脉中小的粥样斑块破裂造成，而不是大粥样斑块破裂引 起，而这小粥样斑块破裂的趋势在目前技术中是检测不 出来的，具有高分辨率的OCT可以做到。
OCT系统的基本结构
该系统的核心是一个迈克尔逊干涉仪，它利用低相干 干涉技术，通过一个时空变换的过程，将对时间的测量转 变成为对空间距离的测量。干涉仪的一臂装有反射镜作为 参考臂，另一臂置于待测样品上作为样品臂。从光源输出 的弱相干光进入2×2光纤耦合器，被分为两束分别进入干 涉仪的样品臂和参考臂。一束为信号探测光，经透镜聚焦 后照射到样品内部而得到后向散(反)射光；另一束为反射 镜反回的参考光。从反射镜返回的参考光与被测样品后向 散(反)射的信号探测光二者经光纤耦合器形成干涉信号， 然后被光电探测器探测输出经电路转化为干涉强度信号。 信号强度反映了样品的散(反)射强度。
皮
肤
由于大多数的皮肤疾病都伴有其结构的改变，现在各 种各样的诊断方法都努力提高显示皮肤结构图像的空间分 辨率。目前OCT对皮肤结构成像的分辨率可达15~20µm， 这比其它的诊断方法要高出一个数量级。普通的OCT对皮 肤成像的深度为1.5~2.0mm，对一般皮肤疾病的检查诊断 是足够的。由于它的无创伤性和没有任何副作用的特点， 以及不仅提供组织结构信息，而且还可以提供组织功能信 息，OCT可以检测人体内部诸如：炎症、坏死等病理反 应，特别对角化过度、角化不全和真皮内空洞形成等皮肤 疾病方面显示出极大的优势。
光在血液中占多数的散射是由于在红细胞质和血清之 间折射系数不同引起的，当增加血清的折射系数接近细胞 质时（这时需要在血管中充盈盐水、也可以通过泵入葡萄 糖、静脉对比剂实现），散射可以大大降低，血管壁的细 微结构可以清晰可见，可和病理学的分辨率相媲美（当然 由于血管的波动会产生一些运动伪影），提高了OCT在血 液中对血管壁的成像图像质量。
OCT在医学中的应用
现在光相干层析成像技术作为一种非侵袭性的诊断 工具，在临床医学中开始发挥其巨大的作用，因为OCT 图 像的轴向分辨率可以达10µm，比现在任何一种临床诊断设 备的分辨率高达10倍以上，且这种光纤式结构不仅便宜而 且很容易进入导管、内窥镜进行合作，在人体内部的组织 器官检查中得到很高的分辨率，特别在眼科学、心脏学、 皮肤病等学科诊断中具有明显的优势。
光学相干层析技术
姓名：王玲 学号：121630
光学相干层析技术(optical coherence tomography,OCT)是近年来继共焦扫描显微镜之后发展 起来的新型光学成像技术。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 散射信号。通过扫描，可得到生物组织二维或三维结构图 像。它是一种非接触、无损伤成像技术，具有较高的分辨 率，可达到1~15µm，比传统的超声波探测高1到2个数量 级，成像速率达到1幅/秒，可以实现二维或三维成像。其 灵敏度能够大于100dB，在高散射生物组织中成像深度可 达3mm。
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基于导管——内窥镜光学生检
基于导管———内窥镜OCT系统包括一个密封可旋转的 中空导线和单膜光纤。通过以4r/s 的频率旋转导线、光 纤和内部固定的光学部件来完成光束的扫描。导管——— 内窥镜的直径为1mm，它足够小，允许进入人体的冠状动 脉或内窥镜系统。OCT图像可以显示出食管、气管、血管 各种管壁层的结构。基于导管的OCT系统，对食道组织各 层的分辨率可达到10µm，超过MRI、超声的影像分辨率。 现在认为对于食管癌治疗的最重要问题是早期发现，OCT 系统可以快速实时确诊组织的恶变部位，这对于一般内窥 镜是无法做到的。同时也为内窥镜的进一步治疗提供了指 导方向。最后OCT系统图像在细胞水平上分辨率可以对冠 状动脉成像术、微血管修复等外科和显微外科手术的提高 起到促进作用。
迈克尔逊干涉仪
迈克尔逊干涉仪是光学相干层析成像系统中最主要的组成部分之 一。 它是一种典型的分振幅干涉仪 。下图是其光路图。
平行玻璃板G1和G2相互平行， 平面镜M1和M2相垂直，G1和G2与 。 M1和M2成45 。光源S发出的光射到 分光板G1(背面镀有银的薄层)上半透 明表面把入射光分成强度几乎相等的 反射光束和透射光束，反射光束经平 面镜M1再反射回来穿过G1进入观察 系统；透射光束透过补偿板G2经平面 镜M2再反射回来，被分光板G1半透 明表反射也进入观察系统，从而形成 干涉现象。
从探测深度、分辨率、简单实用等角度综合考 虑，光学相干层析术被认为是很有发展前途的一种 新型光学成像技术。 光学相干层析技术（OCT）由于不存在辐射危 害，已发展成为面向医学应用的一种宝贵的非侵入 式成像技术。目前，已经在用于诊断和生物医学成 像领域赢得了一席之地。
OCT基本工作原理
光学相干层析成像技术是以光学低相干领域反射测量技 术为基础，使用超发光二极管、激光二极管和光纤，摒弃了 生物组织光学研究常用的笨重且昂贵的激光器。与医学领域 常用的X射线及核磁共振层析技术相比，它具有无损伤非介入 的特点，可在自然条件下用于人体内部器官的病变检测，同 时与超声波和X射线等医学常用检测技术相比具有超过这些技 术数倍以上的分辨率(1～15µm)；与传统光学显微镜相比，它 采用弱相干性来抑制背景能量，从而具有极强的光学剖面分 析能力结构特性及多种光学性质的测量。
OCT技术的缺陷
• OCT不能像电子显微镜那样确定组织的分子结构，它的分辨率要小于活检组 织镜检。应用短脉冲光源OCT 可以把纵向分辨率提高到2~4µm，但横向分 辨率提高十分困难。同时理论的分辨率有时会在实际应用有所降低。 OCT成像探测组织的深度为2~4µm，在较深的下边，光子便会多次散射丧失 相干的可能。 对于组织内部细微的差别（如正常细胞和癌细胞的区别）这时需要一个光谱 特性具有高度灵敏度，这在OCT系统做不到，因此不能完成诸如基因改变等 诊断。 由于在体内组织中反射和后散射自然特性，给OCT的应用设置了一些限制。 对于一些平面结构组织和圆柱形反射体，需要对OCT系统角度准直获得接近 于正常的入射。两个点以上的样本组织的反射体，反射到达探测器某点相位 之外小于光源相干时间间隔的光波便形成散斑。
眼
科
对于青光眼的诊断和处理目前在临床是十分棘手的问 题，眼内压测量经常不能准确预测出青光眼的病情进展， 只有在视网膜神经纤维缺少50%以上时，视野缺损和视神 经乳头凹陷这样的后期临床症状才能检测到。OCT对视网 膜结构的高分辨率成像，对眼科临床上诊断青光眼、斑变 质和斑水肿十分可靠。 视网膜神经纤维层是在青光眼中受影响的解剖结构， 由于OCT的高分辨率可敏感地测量视网膜神经纤维层的厚 度且观测到视盘的外形变化，可以在OCT中明确的判别。 而且OCT检查几乎不会给病人造成任何不适。