光學相干層析技術

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1、光學相干層析技術姓名：王玲學號：121630光學相干層析技術(opticalcoherencetomography,OCT)是近年來繼共焦掃描顯微鏡之后發(fā)展起來的新型光學成像技術。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散射信號。通過掃描，可得到生物組織二維或三維結構圖像。它是一種非接觸、無損傷成像技術，具有較高的分辨率，可達到1~15μm，比傳統(tǒng)的超聲波探測高1到2個數(shù)量級，成像速率達到1幅/秒，可以實現(xiàn)二維或三維成像。其靈敏度能夠大于100dB，在高散射生物組織中成像深度可達3mm。從探測深度、分辨率、簡單實用等角度綜合考慮

2、，光學相干層析術被認為是很有發(fā)展前途的一種新型光學成像技術。光學相干層析技術（OCT）由于不存在輻射危害，已發(fā)展成為面向醫(yī)學應用的一種寶貴的非侵入式成像技術。目前，已經(jīng)在用于診斷和生物醫(yī)學成像領域贏得了一席之地。OCT基本工作原理光學相干層析成像技術是以光學低相干領域反射測量技術為基礎，使用超發(fā)光二極管、激光二極管和光纖，摒棄了生物組織光學研究常用的笨重且昂貴的激光器。與醫(yī)學領域常用的X射線及核磁共振層析技術相比，它具有無損傷非介入的特點，可在自然條件下用于人體內(nèi)部器官的病變檢測，同時與超聲波和X射線等醫(yī)學常用檢測技術相比具有超過這些技術數(shù)倍以上的分辨率(1～15

3、μm)；與傳統(tǒng)光學顯微鏡相比，它采用弱相干性來抑制背景能量，從而具有極強的光學剖面分析能力結構特性及多種光學性質的測量。OCT系統(tǒng)的基本結構該系統(tǒng)的核心是一個邁克爾遜干涉儀，它利用低相干干涉技術，通過一個時空變換的過程，將對時間的測量轉變成為對空間距離的測量。干涉儀的一臂裝有反射鏡作為參考臂，另一臂置于待測樣品上作為樣品臂。從光源輸出的弱相干光進入2×2光纖耦合器，被分為兩束分別進入干涉儀的樣品臂和參考臂。一束為信號探測光，經(jīng)透鏡聚焦后照射到樣品內(nèi)部而得到后向散(反)射光；另一束為反射鏡反回的參考光。從反射鏡返回的參考光與被測樣品后向散(反)射的信號探測光二者經(jīng)光

4、纖耦合器形成干涉信號，然后被光電探測器探測輸出經(jīng)電路轉化為干涉強度信號。信號強度反映了樣品的散(反)射強度。邁克爾遜干涉儀邁克爾遜干涉儀是光學相干層析成像系統(tǒng)中最主要的組成部分之一。它是一種典型的分振幅干涉儀。下圖是其光路圖。平行玻璃板G1和G2相互平行，平面鏡M1和M2相垂直，G1和G2與M1和M2成45。。光源S發(fā)出的光射到分光板G1(背面鍍有銀的薄層)上半透明表面把入射光分成強度幾乎相等的反射光束和透射光束，反射光束經(jīng)平面鏡M1再反射回來穿過G1進入觀察系統(tǒng)；透射光束透過補償板G2經(jīng)平面鏡M2再反射回來，被分光板G1半透明表反射也進入觀察系統(tǒng)，從而形成干涉現(xiàn)

5、象。OCT在醫(yī)學中的應用現(xiàn)在光相干層析成像技術作為一種非侵襲性的診斷工具，在臨床醫(yī)學中開始發(fā)揮其巨大的作用，因為OCT圖像的軸向分辨率可以達10μm，比現(xiàn)在任何一種臨床診斷設備的分辨率高達10倍以上，且這種光纖式結構不僅便宜而且很容易進入導管、內(nèi)窺鏡進行合作，在人體內(nèi)部的組織器官檢查中得到很高的分辨率，特別在眼科學、心臟學、皮膚病等學科診斷中具有明顯的優(yōu)勢。眼科對于青光眼的診斷和處理目前在臨床是十分棘手的問題，眼內(nèi)壓測量經(jīng)常不能準確預測出青光眼的病情進展，只有在視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維缺少50%以上時，視野缺損和視神經(jīng)乳頭凹陷這樣的后期臨床癥狀才能檢測到。OCT對視網(wǎng)膜結構

6、的高分辨率成像，對眼科臨床上診斷青光眼、斑變質和斑水腫十分可靠。視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維層是在青光眼中受影響的解剖結構，由于OCT的高分辨率可敏感地測量視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維層的厚度且觀測到視盤的外形變化，可以在OCT中明確的判別。而且OCT檢查幾乎不會給病人造成任何不適。心血管OCT對冠狀動脈成像，對于激光消融術和其它去除血管阻塞物技術十分重要，以往的技術無法明確地區(qū)分病理和健康組織的外形輪廓?，F(xiàn)在OCT可以在開放的外科手術中和導管外科手術中探測血管壁。在冠狀動脈OCT影像中，由于較大的后向散射和脂肪鈣化斑狀的陰影效應，脂肪鈣化斑狀層，纖維動脈粥樣化和正常動脈壁對比十分明顯。絕大

7、多數(shù)的心肌梗塞是由心臟中的動脈中小的粥樣斑塊破裂造成，而不是大粥樣斑塊破裂引起，而這小粥樣斑塊破裂的趨勢在目前技術中是檢測不出來的，具有高分辨率的OCT可以做到。光在血液中占多數(shù)的散射是由于在紅細胞質和血清之間折射系數(shù)不同引起的，當增加血清的折射系數(shù)接近細胞質時（這時需要在血管中充盈鹽水、也可以通過泵入葡萄糖、靜脈對比劑實現(xiàn)），散射可以大大降低，血管壁的細微結構可以清晰可見，可和病理學的分辨率相媲美（當然由于血管的波動會產(chǎn)生一些運動偽影），提高了OCT在血液中對血管壁的成像圖像質量。皮膚由于大多數(shù)的皮膚疾病都伴有其結構的改變，現(xiàn)在各種各樣的診斷方法都努力提高顯示皮

8、膚結構圖像