OCT技术调研选读.docx

从四个方面介绍：1、OCT简介；2、OCT技术的应用；3、国内外的研究团队介绍；4、国内外厂商及产品介绍。 一、OCT简介 光学相干层析（Optical Coherence Tomography，简称 OCT）是 20 世纪 90 年代初发展起来的低损、高分辨、非侵入式的医学、成像技术。它的原理类似于超声成像，不同之处是它利用的是光，而不是声音。 相比其它一些成像技术，例如超声成像、核磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）、X-射线计算机断层（X-ray Computed Tomography，CT）等，OCT 技术具备与之相比较高的分辨率（几微米级），同时，与共聚焦显微（Confocal Microscopy）、多光子显微技术（Multiphoton Microscopy）等超高分辨技术相比，OCT 技术又具有与之相比较大的层析能力，如图1所示。可以说 OCT 技术填补了这两类成像技术之间的空白，在眼科、皮肤、胃肠道、肾脏、血管等诸多领域有着广泛的应用前景。 图1 OCT 与其它成像技术的对比 OCT 技术手段方面，根据探测信号的类型不同，OCT 主要有两种技术手段：时域 OCT（Time Domain OCT，TD-OCT）和频域 OCT（Fourier Domain OCT， FD-OCT）。 1、时域OCT技术 光学相干层析成像系统结合了低相干干涉和共焦显微测量的特点。系统选用的光源为宽带光源，常用的是超辐射发光二极管(SLD)。光源发出的光经2×2耦合器分别通过样品臂和参考臂照射到样品和参考镜，两个光路中的反射光在耦合器中汇合，而两臂光程差只有在一个相干长度内才能发生干涉信号。同时由于系统的样品臂是一个共焦显微镜系统，探测光束焦点处返回的光束具有最强的信号，可以排除焦点外的样品散射光的影响，这是OCT可以高性能成像的原因之一。把干涉信号输出到探测器，信号的强度对应样品的反射强度，经过解调电路的处理，最后由采集卡采集到计算机进行灰度成像。 图2 时域OCT基本光路 OCT 成像的主旨就是要得到样品不同深度的反射率分布。如果参考镜处的反射率一定，那么由于样品结构的不均匀性，从样品不同深度散射回来的光的强度就不同，所以当两臂光相遇时产生的干涉信号里就带有样品不同深度的光反射率信息。由宽带光源的低相干性可知，OCT干涉仪可以获得较窄相干长度，保证轴向扫描的成像分辨率在微米级。对于窄带光源，如图3(a)所示，由于其相干长度很长，在相当大的光程差范围内都能输出干涉条纹变化。这样的干涉条纹对比度与两臂的光程差变化几乎无关，无法确定零级条纹的位置，则无法找到等光程点，失去了精确定位的功能。而对于宽带光源而言，如图3(b)所示，只有当两臂的光程差在这个很短的相干长度之内时，探测器才能检测到干涉条纹的对比度变化。而且，在对比度最大的地方对应着等光程点，随着光程差的增加，对比度迅速锐减，因此具有很好的层析定位精度。于是可移动参考臂的反射扫描镜，来寻找变化后的平衡点，通过测量反射扫描镜的变化前后的位移即可测得相应的光纤传感器长度的变化。 图3 窄带光源与宽带光源相干长度的比较 由于光源为低相干宽带光源，故其相干长度极短。而只有当参考臂和测量臂光程差在光源的一个相干长度之内时，背向散射光和参考光才会产生干涉，且当光程差接近零时才具有最大相干强度。因此，随着参考镜的轴向移动，可选择样品中与之光程相等的层来进行成像，而其他层的信息将被滤掉，从而实现了层析成像。 图4所示为一个简单组织的一次纵向扫描的结果。此样品组织由两层构成，折射率分别为n1和n2，与空气的折射率 n 不同。样品臂中，在两种不同折射率介质的交界面处会发生反射。当参考臂的反射镜扫描时，探测器的输出端可以看到两个干涉信号。其中第一个干涉信号对应着空气与组织层1的交界面，第二个干涉信号对应着组织层1与组织层2的交界面。在载波频率处解调，就可以得到原始的干涉信号的光强。通过沿样品表面 X 方向和 Y 方向移动样品臂可以获得样品的三维图像。 图4 OCT 纵向扫描示意图 2、频域OCT技术 频域 OCT 在近年来渐渐取代了时域 OCT，其重要原因在于其无需在参考臂中进行光程扫描，直接一次性获取纵向扫描。如此，频域OCT 系统的成像速度将得到极大提高。时域 OCT 采集的是随参考臂光程变化的强度信号，它的每一个纵向扫描时间都等于参考臂光程变化一个周期的时间。频域 OCT 的参考臂无需扫描，它一次性地采集某一横向位置的深度方向的干涉光谱信号，也就是频域信号。深度方向的时域信号就编码在这个光谱里。每一个纵向扫描实际就对应一个干涉光谱，对光谱做傅里叶变换即可恢复出时域信号。频域 OCT 省去了传统时域 OCT 当中深度扫描的时间，极大提高了成像采集速度。