光學(xué)相干斷層掃描技術(shù)

OCT專業(yè)全稱又叫光學(xué)相關(guān)斷層掃描。是最近幾年應(yīng)用于眼科的新型技術(shù)。OCT是一種非接觸、高分辨率層析和生物顯微鏡成像設(shè)備。它可用于眼后段結(jié)構(gòu)（包括視網(wǎng)膜、視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維層、黃斑和視盤）的活體上查看、軸向斷層以及測量，是特別用作幫助檢測和管理眼疾（包括但不限于黃斑裂孔、黃斑囊樣水腫、糖尿病性視網(wǎng)膜病變、老年性黃斑變性和青光眼）的診斷設(shè)備。OCT現(xiàn)在分為時域和頻域兩類，其實各有優(yōu)缺點。時域OCT性價比高，足以完成大多數(shù)眼底及青光眼疾病的檢查。而且技術(shù)比較成熟。

OCT 基Michelson的干涉度量學(xué) , 以超發(fā)光二極管發(fā)光體作為光源 。經(jīng)光導(dǎo)纖維進入光纖耦聯(lián)器 , 光束被分 為兩束,一束經(jīng)過眼的屈光介質(zhì)射向視網(wǎng)膜 , 另一束進人參照系統(tǒng) 。 兩個光路中反射或反向散射的光線在光纖耦聯(lián)器被重新整合為一束并為探測器所探測 , 對不同深度組織所產(chǎn)生的反向散射強度和延擱時間進行測 量 。通過對偽彩色的灰階值進行實時的顯示來獲得圖像 , 像紅 、黃 、亮綠這樣明亮的顏色代表發(fā)射強的區(qū)域 , 而藍黑等暗色代 表低反射區(qū) , 綠代表中等反射區(qū) 。

參照鏡面和光源的距離可以調(diào)節(jié) , 當兩個光路的光程差與光源的相干波長相匹 配時才會產(chǎn)生干涉 , 所以的軸向分辨率由光源的相干波長決定 , 與光源的光譜帶寬成反比 。 OCT的橫向分辨率不僅受波長的影響 , 瞳孔直徑和橫向像素密度也是重要影響因 素。

此外，當將OCT技術(shù)拓展到對生物組織進行成像時，其利用近紅外線及光學(xué)干涉原理進行成像。簡單地說就是將光源發(fā)出的光線分成兩束，一束發(fā)射到被測物體（血管組織），這段光束被稱為信號臂，另一束到參照反光鏡，稱為參考臂。然后把從組織（信號臂）和從反光鏡（參考臂）反射回來的兩束光信號疊加。當信號臂和參考臂的長度一致時，就會發(fā)生干涉。從組織中反射回來的光信號隨組織的形狀而顯示不同強弱。把它與從反光鏡反射回來的參考光信號疊加，光波定點一致時信號增強（增加干涉），光波定點方向相反時信號減弱（削減干涉）。形成干涉的條件是頻率相同，相位差恒定。利用干涉原理，OCT比較標準光源與反射信號以增強單一反射，減弱散射光線的放射。由于干涉只發(fā)生在信號臂和參考臂長度相同時，所以改變反光鏡的位置，就改變了參考臂的長度，則可以得到不同深度的組織的信號。這些光信號經(jīng)過計算機處理便可得到組織斷層圖像。

目前OCT分為兩大類：時域OCT（TD-OCT）和頻域OCT（FD-OCT）。冠狀動脈內(nèi)OCT最常見的形式為時域OCT（TD-OCT）。時域OCT是把在同一時間從組織中反射回來的光信號與參照反光鏡反射回來的光信號疊加、干涉，然后成像。頻域OCT的特點是參考臂的參照反光鏡固定不動，通過改變光源光波的頻率來實現(xiàn)信號的干涉。FD-OCT分為兩種：（1）激光掃描OCT（SS-OCT），這種OCT利用波長可變的激光光源發(fā)射不同波長的光波；（2）光譜OCT（SD-OCT），它利用高解像度的分光光度儀來分離不同波長的光波。在中國市場上只有TD-OCT，即M2-OCT。它有兩個光源，主光源是超亮度發(fā)光二極管，發(fā)射寬帶近紅外線（中心波長1310um，帶寬40-50um）。從光源發(fā)出的近紅外線通過光纖及探頭到達人體組織。組織反向散射回來的光波被探頭收集，同參考臂的光波信號結(jié)合形成干涉，然后經(jīng)過計算機解析，構(gòu)建出顯示組織內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的高解析度圖像。M2-OCT最大的限制是穿透深度只有1.5mm左右。另外，因為近紅外線很難穿過紅細胞，OCT成像時需阻斷血流或沖洗血管以排除血管中的血液。這種方法的缺點是造成心肌缺血，而且操作較復(fù)雜，限制了OCT的臨床應(yīng)用。新一代的OCT成像系統(tǒng)-FD-OCT最大的優(yōu)先是更高速度的掃描，每秒鐘的掃描幀數(shù)為100幀，回撤速度大20mm/s，因此只需注射一次造影劑就可完成冠脈血管的成像，徹底擯棄了球囊阻斷血流的方法，大大提高了操作的安全性。FD-OCT在掃描速度提高的同時圖像的分辨率也得到了提高，更清楚的看到病變的微細結(jié)構(gòu)特征。FD-OCT拓寬了OCT檢查的適應(yīng)癥，左主干病變、開口病變等均可獲得滿意的圖像。

頻域OCT技術(shù)比起時域來說能使系統(tǒng)改善靈敏度的同時顯著地提高了采樣速度。在譜域OCT中，全部的深度結(jié)構(gòu)（A掃描）被同步獲得而不需要深度掃描。其核心部件是寬帶光源照明的邁克爾遜（Michelson）干涉儀和光譜儀，獲取速度僅由光譜儀中CCD攝像機的讀出速度所限制，而記錄的后向散射光的強度僅作為光譜頻率而不是時間的函數(shù)。同時譜域OCT信號在光譜密度中被采樣，且作為一個傅立葉重構(gòu)的結(jié)果，改善了信噪比SNR。

OCT最早是卡爾.蔡司公司與上世紀90年代發(fā)明的，到現(xiàn)在已有3－5代。其產(chǎn)品按功能分類有眼前結(jié)OCT和眼后節(jié)OCT，按技術(shù)分類為時域OCT和頻域OCT。

目前在國外最被廣泛認可的OCT有美國OPTOVUE公司生產(chǎn)的頻域型 OCT、波蘭OPTOPOL公司生產(chǎn)的頻域型OCT。同時受到國內(nèi)眾多教授專家的好評。

光學(xué)相干斷層掃描技術(shù)眼科的應(yīng)用

OCT是一種新的光學(xué)診斷技術(shù)，可進行活體眼組織顯微鏡結(jié)構(gòu)的非接觸式、非侵入性斷層成像。OCT是超聲的光學(xué)模擬品，但其軸向分辨率取決于光源的相干特性，可達10um ,且穿透深度幾乎不受眼透明屈光介質(zhì)的限制，可觀察眼前節(jié)，又能顯示眼后節(jié)的形態(tài)結(jié)構(gòu)，在眼內(nèi)疾病尤其是視網(wǎng)膜疾病的診斷，隨訪觀察及治療效果評價等方面具有良好的應(yīng)用前景。

下面具體來說一下，OCT在醫(yī)學(xué)中的具體應(yīng)用。OCT是20世紀90年代初期發(fā)展起來的一種新型非接觸性無創(chuàng)光學(xué)影像診斷技術(shù)，是利用眼中不同組織對光（用830nm近紅外光）的反射性不同，通過低相干性光干涉測量儀，比較反射光波和參照光波測定發(fā)射光波的延遲時間和反射強度，分析出不同組織的結(jié)構(gòu)及其距離，經(jīng)計算及處理成像，并以偽彩形式顯示組織的斷面結(jié)構(gòu)。軸向分辨率可達10微米。它對黃斑部疾病的診斷有重要應(yīng)用價值。但OCT的分辨率是靠組織結(jié)構(gòu)的發(fā)光性質(zhì)不同對組織進行區(qū)分，視網(wǎng)膜斷層中真正較易明確區(qū)分的有神經(jīng)上皮光帶、色素上皮光帶和脈絡(luò)膜光帶，神經(jīng)上皮層間的結(jié)構(gòu)尚難分辨。

OCT的掃描方式有水平、垂直、環(huán)形、放射狀以及不同角度的線性掃描，檢查者可根據(jù)病變的部位、性質(zhì)以及檢查目的來選擇合適的掃描方式。因OCT橫向分辨率與掃描長度有關(guān)，掃描線越長，分辨率越低。為了便于資料的比較以及采集資料的規(guī)范，可以選擇固定的掃描長度和固定的掃描順序。如對黃斑的掃描，可選擇掃描線長度為4mm或者4.5mm，間隔45°的線性掃描作為基本掃描。

光學(xué)相干斷層掃描技術(shù)病理科的應(yīng)用

OCT技術(shù)最重要的應(yīng)用之一是探測人體軟組織的早期癌變。癌癥的早期診斷是挽救病人生命的關(guān)鍵，唯一確定的診斷方法是通過活組織檢查，問題是需要花費一定的診斷時間，且給出的結(jié)論與分析人員的經(jīng)驗等主觀因素有很大關(guān)系，準確測定癌變區(qū)的邊界就更加困難。OCT則依據(jù)癌變組織具有與健康組織不同的光譜特性和結(jié)構(gòu)，得到組織清晰的像，由此實時而準確地進行診斷。因為采用了計算機進行信號處理，所得結(jié)果與操作人員的主觀因素?zé)o關(guān)。另外，OCT技術(shù)將成為對皮下組織病變進行實時診斷而無需活組織檢查的一種權(quán)威方法，但在此之前還需要更多的臨床試驗揭示其優(yōu)點及待解決的問題。

光學(xué)相干斷層掃描技術(shù)非醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

OCT 研究的最初目的是為生物醫(yī)學(xué)的層析成像，并且醫(yī)學(xué)應(yīng)用仍然繼續(xù)占主導(dǎo)地位。除了在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，隨著 OCT 技術(shù)的發(fā)展，OCT 技術(shù)正在向其他領(lǐng)域推進，特別是工業(yè)測量領(lǐng)域，如位移傳感器、薄底片的厚度測量以及其他可以轉(zhuǎn)換成位移的被測物的測量。

最近，低相干技術(shù)已作為高密度數(shù)據(jù)存儲的關(guān)鍵技術(shù)。OCT 技術(shù)還可用于測量高散射聚合物分子的殘余孔隙、纖維構(gòu)造和結(jié)構(gòu)的完整性。還可以用于測量材料的鍍層。OCT 技術(shù)還能用于材料科學(xué)，J.P.Dunkers 等人使用OCT 技術(shù)對復(fù)合材料進行了無損傷的檢測 。 M.Bashkansky 等人利用 OCT 系統(tǒng)對陶瓷材料進行了檢測，拓展了 OCT 技術(shù)的應(yīng)用范圍。S.R.Chinn 等還對 OCT 在高密度數(shù)據(jù)存儲中的應(yīng)用進行了研究，實現(xiàn)多層光學(xué)存儲和高探測靈敏度。

隨著科學(xué)的進步，當今醫(yī)學(xué)成像技術(shù)已經(jīng)在醫(yī)學(xué)診斷中起著重要的作用，各種探測方法和顯示手段趨于更精確、更直觀、更完善從而有助于人們觀察生物組織，了解材料結(jié)構(gòu)，它的發(fā)展是物理、數(shù)學(xué)、電子學(xué)、計算機科學(xué)和生物醫(yī)學(xué)等多門學(xué)科相互結(jié)合的結(jié)果。

從顯微鏡的發(fā)明到 X 射線在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用使人們以圖像的形式觀察到了肉眼不能直接看到的形態(tài)結(jié)構(gòu)，推動了醫(yī)學(xué)診斷的發(fā)展。目前，各種醫(yī)學(xué)成像技術(shù)不斷發(fā)展，用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究，不同的成像原理可以用于觀察不同的器官組織，不但給出組織的形態(tài)，還對組織特征進行識別和檢測。

各種成像技術(shù)中，光學(xué)相干斷層掃描技術(shù)/光學(xué)相干層析成像 （OpticalCoherence Tomography）是一項新興的光學(xué)成像技術(shù)，當從散射介質(zhì)中返回的彈道光子和蛇行光子與參考光的光程差在光源的相干長度范圍內(nèi)，發(fā)生干涉，而漫射光子與參考光的光程差大于光源的相干長度，不能發(fā)生干涉，從而把帶有被測樣品信息的彈道光子和蛇行光子提取出來，進行成像，它可以實現(xiàn)對生物組織高分辨率的非侵入層析測量，具有廣泛的應(yīng)用前景。光學(xué)相干層析成像技術(shù)是從光學(xué)相干域反射儀（或光學(xué)低相干反射儀）發(fā)展而來的，1991 年，美國麻省理工學(xué)院（MIT）的 David Huang 等人在 Science 上首先報道了光學(xué)相干層析成像（簡稱 OCT）技術(shù)。之后 Schmitt 等將此技術(shù)用于生物組織光學(xué)特性參數(shù)測量，取得了很好的效果。1996 年 Carl Zeiss Meditec Inc. of California 把眼科的 OCT系統(tǒng)做成臨床醫(yī)療器械投放市場。

OCT 技術(shù)問世以來，各個研究機構(gòu)為了擴展它的應(yīng)用范圍和提高性能進行了大量的研究工作，出現(xiàn)了許多新方法，為 OCT 技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

光學(xué)相干斷層掃描技術(shù)（光學(xué)相干層析技術(shù) ，Optical Coherence Tomography, OCT）是近十年迅速發(fā)展起來的一種成像技術(shù)，它利用弱相干光干涉儀的基本原理，檢測生物組織不同深度層面對入射弱相干光的背向反射或幾次散射信號，通過掃描，可得到生物組織二維或三維結(jié)構(gòu)圖像。

OCT 技術(shù)以其非接觸性和非破壞性、有極高的探測靈敏度與噪聲抑制能力、高分辨率無損傷和在體檢測上對活體組織無輻射等優(yōu)越性以及造價低、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，在材料科學(xué)和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的無損檢測方面有著重要的應(yīng)用價值和廣闊的發(fā)展前景 。