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光学相干断层成像术(OCT)介绍

一、背景、发展历程
  百度百科的解释:光学相干断层扫描技术 (Optical Coherence Tomography,简称 OCT)是近年来发展较快的一种最具发展前途的新型层析成像技术,特别是生物组织活体检测和成像方面具有诱人的应用前景,已尝试在眼科、牙科和皮肤科的临床诊断中应用,是继 X-CT 和 MRI 技术之后的又一大技术突破,近年来已得到了迅速的发展。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反射或几次散射信号,通过扫描,可得到生物组织二维或三维结构图像。


  二、OCT工作原理
  OCT基Michelson的干涉度量学 , 以超发光二极管发光体作为光源 。经光导纤维进入光纤耦联器 , 光束被分 为两束,一束经过眼的屈光介质射向视网膜 , 另一束进人参照系统 。 两个光路中反射或反向散射的光线在光纤耦联器被重新整合为一束并为探测器所探测 , 对不同深度组织所产生的反向散射强度和延搁时间进行测 量 。通过对伪彩色的灰阶值进行实时的显示来获得图像 , 像红 、黄 、亮绿这样明亮的颜色代表发射强的区域 , 而蓝黑等暗色代 表低反射区 , 绿代表中等反射区 。
  OCT成像的原理与超声波类似,是运用反射的近红外线做为成像媒介形成影像,而非运用反射的音波。近红外线(一般为800~1300nm)来源分为两个途径,其中一个途径用于组织取样;另一个则用于参考反射镜。取样手臂扫描经过组织时,可运用干涉仪,以参考臂的光线持续阻绝取样组织后端发出的反射。对于持续阻绝的光线,会执行数字信号处理算法,以达到深度解析的轴状扫描。将这些扫描相互堆栈即可形成2D或3D的组织影像。
  目前OCT分为两大类:时域OCT(TD-OCT)和频域OCT(FD-OCT)。冠状动脉内OCT最常见的形式为时域OCT(TD-OCT)。时域OCT是把在同一时间从组织中反射回来的光信号与参照反光镜反射回来的光信号叠加、干涉,然后成像。频域OCT的特点是参考臂的参照反光镜固定不动,通过改变光源光波的频率来实现信号的干涉。


  FD-OCT分为两种:
  (1)激光扫描OCT(SS-OCT),这种OCT利用波长可变的激光光源发射不同波长的光波;
  (2)光谱OCT(SD-OCT),它利用高解像度的分光光度仪来分离不同波长的光波。
  TD-OCT有两个光源,主光源是超亮度发光二极管,发射宽带近红外线(中心波长1310um,带宽40-50um)。从光源发出的近红外线通过光纤及探头到达人体组织。组织反向散射回来的光波被探头收集,同参考臂的光波信号结合形成干涉,然后经过计算机解析,构建出显示组织内部微观结构的高解析度图像。另外,因为近红外线很难穿过红细胞,OCT成像时需阻断血流或冲洗血管以排除血管中的血液。这种方法的缺点是造成心肌缺血,而且操作较复杂,限制了OCT的临床应用。
  新一代的OCT成像系统-FD-OCT最大的优先是更高速度的扫描,每秒钟的扫描帧数为100帧,只需注射一次造影剂就可完成冠脉血管的成像,彻底摈弃了球囊阻断血流的方法,大大提高了操作的安全性。FD-OCT在扫描速度提高的同时图像的分辨率也得到了提高,更清楚的看到病变的微细结构特征。FD-OCT拓宽了OCT检查的适应症,左主干病变、开口病变等均可获得满意的图像。
  频域OCT技术比起时域来说能使系统改善灵敏度的同时显著地提高了采样速度。在谱域OCT中,全部的深度结构(A扫描)被同步获得而不需要深度扫描。其核心部件是宽带光源照明的迈克尔逊(Michelson)干涉仪和光谱仪,获取速度仅由光谱仪中CCD摄像机的读出速度所限制,而记录的后向散射光的强度仅作为光谱频率而不是时间的函数。同时谱域OCT信号在光谱密度中被采样,且作为一个傅立叶重构的结果,改善了信噪比(SNR)。