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光学相干断层扫描技术工作原理


OCT专业全称又叫光学相关断层扫描。是最近几年应用于眼科的新型技术。OCT是一种非接触、高分辨率层析和生物显微镜成像设备。它可用于眼后段结构(包括视网膜、视网膜神经纤维层、黄斑和视盘)的活体上查看、轴向断层以及测量,是特别用作帮助检测和管理眼疾(包括但不限于黄斑裂孔、黄斑囊样水肿、糖尿病性视网膜病变、老年性黄斑变性和青光眼)的诊断设备。OCT现在分为时域和频域两类,其实各有优缺点。时域OCT性价比高,足以完成大多数眼底及青光眼疾病的检查。而且技术比较成熟。

它利用近红外线及光学干涉原理对生物组织进行成像。干涉成像的原理简单地说就是将光源发出的光线分成两束,一束发射到被测物体(血管组织),这段光束被称为信号臂,另一束到参照反光镜,称为参考臂。然后把从组织(信号臂)和从反光镜(参考臂)反射回来的两束光信号叠加。当信号臂和参考臂的长度一致时,就会发生干涉。从组织中反射回来的光信号随组织的形状而显示不同强弱。把它与从反光镜反射回来的参考光信号叠加,光波定点一致时信号增强(增加干涉),光波定点方向相反时信号减弱(削减干涉)。形成干涉的条件是频率相同,相位差恒定。利用干涉原理,OCT比较标准光源与反射信号以增强单一反射,减弱散射光线的放射。由于干涉只发生在信号臂和参考臂长度相同时,所以改变反光镜的位置,就改变了参考臂的长度,则可以得到不同深度的组织的信号。这些光信号经过计算机处理便可得到组织断层图像。

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。在中国市场上只有TD-OCT,即M2-OCT。它有两个光源,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。M2-OCT最大的限制是穿透深度只有1.5mm左右。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,回撤速度大20mm/s,因此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事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。

OCT最早是卡尔.蔡司公司与上世纪90年代发明的,到现在已有3-5代。其产品按功能分类有眼前结OCT和眼后节OCT,按技术分类为时域OCT和频域OCT。

目前在国外最被广泛认可的OCT是由拓普康公司生产的频域型3D OCT-2000,可提供50000次A扫描/秒,集1230万像素的彩照、无赤光及造影、自发荧光图像等多种功能,在美国英国等地医院较为常见。