光學(xué)相干層析技術(shù)課件

光學(xué)相干層析技術(shù)姓名：王玲學(xué)號：121630

光學(xué)相干層析技術(shù)(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(xué)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。它是一種非接觸、無損傷成像技術(shù)，具有較高的分辨率，可達(dá)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(dá)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(dá)3mm。

從探測深度、分辨率、簡單實用等角度綜合考慮，光學(xué)相干層析術(shù)被認(rèn)為是很有發(fā)展前途的一種新型光學(xué)成像技術(shù)。光學(xué)相干層析技術(shù)（OCT）由于不存在輻射危害，已發(fā)展成為面向醫(yī)學(xué)應(yīng)用的一種寶貴的非侵入式成像技術(shù)。目前，已經(jīng)在用于診斷和生物醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域贏得了一席之地。OCT系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

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(shù)，通過一個時空變換的過程，將對時間的測量轉(zhuǎn)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(jìn)入2×2光纖耦合器，被分為兩束分別進(jìn)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(zhuǎn)化為干涉強(qiáng)度信號。信號強(qiáng)度反映了樣品的散(反)射強(qiáng)度。邁克爾遜干涉儀

邁克爾遜干涉儀是光學(xué)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(qiáng)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(jìn)入觀察系統(tǒng)；透射光束透過補(bǔ)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(jìn)入觀察系統(tǒng)，從而形成干涉現(xiàn)象。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(zhǔn)確預(yù)測出青光眼的病情進(jìn)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(jié)構(gòu)的高分辨率成像，對眼科臨床上診斷青光眼、斑變質(zhì)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(jié)構(gòu)，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(shù)和其它去除血管阻塞物技術(shù)十分重要，以往的技術(shù)無法明確地區(qū)分病理和健康組織的外形輪廓。現(xiàn)在OCT可以在開放的外科手術(shù)中和導(dǎo)管外科手術(shù)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(yīng)，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(shù)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(xì)胞質(zhì)和血清之間折射系數(shù)不同引起的，當(dāng)增加血清的折射系數(shù)接近細(xì)胞質(zhì)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(xì)微結(jié)構(gòu)可以清晰可見，可和病理學(xué)的分辨率相媲美（當(dāng)然由于血管的波動會產(chǎn)生一些運(yùn)動偽影），提高了OCT在血液中對血管壁的成像圖像質(zhì)量?；趯?dǎo)管——內(nèi)窺鏡光學(xué)生檢

基于導(dǎo)管———內(nèi)窺鏡OCT系統(tǒng)包括一個密封可旋轉(zhuǎn)的中空導(dǎo)線和單膜光纖。通過以4r/s的頻率旋轉(zhuǎn)導(dǎo)線、光纖和內(nèi)部固定的光學(xué)部件來完成光束的掃描。導(dǎo)管———內(nèi)窺鏡的直徑為1mm，它足夠小，允許進(jìn)入人體的冠狀動脈或內(nèi)窺鏡系統(tǒng)。OCT圖像可以顯示出食管、氣管、血管各種管壁層的結(jié)構(gòu)?；趯?dǎo)管的OCT系統(tǒng)，對食道組織各層的分辨率可達(dá)到10μm，超過MRI、超聲的影像分辨率?，F(xiàn)在認(rèn)為對于食管癌治療的最重要問題是早期發(fā)現(xiàn)，OCT系統(tǒng)可以快速實時確診組織的惡變部位，這對于一般內(nèi)窺鏡是無法做到的。同時也為內(nèi)窺鏡的進(jìn)一步治療提供了指導(dǎo)方向。最后OCT系統(tǒng)圖像在細(xì)胞水平上分辨率可以對冠狀動脈成像術(shù)、微血管修復(fù)等外科和顯微外科手術(shù)的提高起到促進(jìn)作用。OCT技術(shù)的缺陷OCT不能像電子顯微鏡那樣確定組織的分子結(jié)構(gòu)，它的分辨率要小于活檢組織鏡檢。應(yīng)用短脈沖光源OCT可以把縱向分辨率提高到2~4μm，但橫向分辨率提高十分困難。同時理論的分辨率有時會在實際應(yīng)用有所降低。OCT成像探測組織的深度為2~4μm，在較深的下邊，光子便會多次散射喪失相干的可能。對于組織內(nèi)部細(xì)微的差別（如正常細(xì)胞和癌細(xì)胞的區(qū)別）這時需要一個光譜特性具有高度靈敏度，這在OCT系統(tǒng)做不到，因此不能完成諸如基因改變等診斷。由于在體內(nèi)組織中反射和后散射自然特性，給OCT的應(yīng)用設(shè)置了一些限制。對于一些平面結(jié)構(gòu)組織和圓柱形反射體，需要對OCT系統(tǒng)角度準(zhǔn)直獲得接近于正常的入射。兩個點以上的樣本組織的反射體，反射到達(dá)探測器某點相位之外小于光源相干時間間隔的光波便形成散斑。OCT正在改進(jìn)的工作光源