光學相干斷層掃描技術

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更新時間: 2013-09-05

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物理術語

光學相干斷層掃描技術 -簡介

  光學相干斷層掃描技術(光學相干層析技術,Optical Coherence tomography, OCT)是近十年迅速發展起來的一種成像技術,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反射或幾次散射信號,通過掃描,可得到生物組織二維或三維結構圖像。
光學相干斷層掃描技術 -用途

  OCT是一種新的光學診斷技術,可進行活體眼組織顯微鏡結構的非接觸式、非侵入性斷層成像。OCT是超聲的光學模擬品,但其軸向分辨力取決於光源的相干特性,可達10um ,且穿透深度幾乎不受眼透明屈光介質的限制,可觀察眼前節,又能顯示眼後節的形態結構,在眼內疾病尤其是視網膜疾病的診斷,隨訪觀察及治療效果評價等方面具有良好的應用前景。
光學相干斷層掃描技術 -工作原理

  OCT專業全稱又叫光學相關斷層掃描。是最近幾年應用於眼科的新型技術。OCT是一種非接觸、高解析度層析和生物顯微鏡成像設備。它可用於眼後段結構(包括視網膜、視網膜神經纖維層、黃斑和視盤)的活體上查看、軸向斷層以及測量,是特別用作幫助檢測和管理眼疾(包括但不限於黃斑裂孔、黃斑囊樣水腫、糖尿病性視網膜病變、老年性黃斑變性和青光眼)的診斷設備。OCT現在分為時域和頻域兩類,其實各有優缺點。時域OCT性價比高,足以完成大多數眼底及青光眼疾病的檢查。而且技術比較成熟。
  它利用近紅外線及光學干涉原理對生物組織進行成像。干涉成像的原理簡單地說就是將光源發出的光線分成兩束,一束髮射到被測物體(血管組織),這段光束被稱為信號臂,另一束到參照反光鏡,稱為參考臂。然後把從組織(信號臂)和從反光鏡(參考臂)反射回來的兩束光信號疊加。但信號臂和參考臂的長度一致時,就會發生干涉。從組織中反射回來的光信號隨組織的形狀而顯示不同強弱。把它與從反光鏡反射回來的參考光信號疊加,光波定點一致時信號增強(增加干涉),光波定點方向相反時信號減弱(削減干涉)。形成干涉的條件是頻率相同,相位差恆定。利用干涉原理,OCT比較標準光源與反射信號以增強單一反射,減弱散射光線的放射。由於干涉只發生在信號臂和參考臂長度相同時,所以改變反光鏡的位置,就改變了參考臂的長度,則可以得到不同深度的組織的信號。這些光信號經過計算機處理便可得到組織斷層圖像。
  目前OCT分為兩大類:時域OCT(TD-OCT)和頻域OCT(FD-OCT)。冠狀動脈內OCT最常見的形式為時域OCT(TD-OCT)。時域OCT是把在同一時間從組織中反射回來的光信號與參照反光鏡反射回來的光信號疊加、干涉,然後成像。頻域OCT的特點是參考臂的參照反光鏡固定不動,通過改變光源光波的頻率來實現信號的干涉。FD-OCT分為兩種:(1)激光掃描OCT(SS-OCT),這種OCT利用波長可變的激光光源發射不同波長的光波;(2)光譜OCT(SD-OCT),它利用高解像度的分光光度儀來分離不同波長的光波。在中國市場上只有TD-OCT,即M2-OCT。它有兩個光源,主光源是超亮度發光二極體,發射寬頻近紅外線(中心波長1310um,帶寬40-50um)。從光源發出的近紅外線通過光纖及探頭到達人體組織。組織反向散射回來的光波被探頭收集,同參考臂的光波信號結合形成干涉,然後經過計算機解析,構建出顯示組織內部微觀結構的高解析度圖像。M2-OCT最大的限制是穿透深度只有1.5mm左右。另外,因為近紅外線很難穿過紅細胞,OCT成像時需阻斷血流或沖洗血管以排除血管中的血液。這種方法的缺點是造成心肌缺血,而且操作較複雜,限制了OCT的臨床應用。新一代的OCT成像系統-FD-OCT最大的優先是更高速度的掃描,每秒鐘的掃描幀數為100幀,回撤速度大20mm/s,因此只需注射一次造影劑就可完成冠脈血管的成像,徹底擯棄了球囊阻斷血流的方法,大大提高了操作的安全性。FD-OCT在掃描速度提高的同事圖像的解析度也得到了提高,更清楚的看到病變的微細結構特徵。FD-OCT拓寬了OCT檢查的適應症,左主幹病變、開口病變等均可獲得滿意的圖像。
  頻域OCT技術比起時域來說能使系統改善靈敏度的同時顯著地提高了採樣速度。在譜域OCT中,全部的深度結構(A掃描)被同步獲得而不需要深度掃描。其核心部件是寬頻光源照明的邁克爾遜(Michelson)干涉儀和光譜儀,獲取速度僅由光譜儀中CCD攝像機的讀出速度所限制,而記錄的後向散射光的強度僅作為光譜頻率而不是時間的函數。同時譜域OCT信號在光譜密度中被採樣,且作為一個傅立葉重構的結果,改善了信噪比SNR。
  OCT最早是卡爾.蔡司公司與上世紀90年代發明的,到現在已有3-5代。其產品按功能分類有眼前結OCT和眼後節OCT,按技術分類為時域OCT和頻域OCT。
  目前在國外最被廣泛認可的OCT是由拓普康公司生產的頻域型3D OCT-2000,可提供50000次A掃描/秒,集1230萬像素的彩照、無赤光及造影、自發熒光圖像等多種功能,在美國英國等地醫院較為常見

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