光学相干断层扫描技术

1、LOGO生基硕生基硕11 11 唐鹏唐鹏车晓车晓姚锐杰姚锐杰光学相干断层扫描技术光学相干断层扫描技术Company Logo1 技术简介技术简介 工作工作原理原理 实际应用实际应用23医学成像技术的发展上世纪50-60年代开始应用超声与核素扫描进行人体检查，出现了超声成像与闪烁成像70年代和80年代相继出现了X线计算机体层成像（X-CT）、磁共振成像（MRI）和发射体层成像（ECT）。70年代迅速兴起了介入放射学，介入超声和超声组织定位，MRI和CT的立体组织定位等，以及PET在分子水平上利用影像技术研究人体心脑代谢和受体功能。1895年德国物理学家发现了x射线，不久人们便通过x射线透视，成功

2、从患者手中取出一枚钢针异物，这是x射线最早应用于临床的实例。各类成像技术的缺点：CT：有些部位骨骼伪影太多，影响其周围软组织结构的显示，受呼吸运动的影响，容易漏诊小的病状，x线辐射量大，重建图像伪影较多MRI:价格昂贵，成像复杂，大多数情况下不适宜于首选，体内带有金属异物或装有心脏起搏器者禁用，不适合幽闭恐怖症患者 超声：受气体与骨骼的阻碍，不适合于含气脏器如肺消化道及骨骼的检查，准确性受操作者的经验，检查技巧和认真程度影响医学成像诊断的要求实时在体：不影响组织结构危害小：无创，辐射小分辨率高光学相干断层扫描技术光学相干层析是90年代发展起来的一种新型光学成像手段它通过测量生物组织的背散射光强

3、度和相位获得内部的显微结构信息进行层析成像分辨率1um-15um,比传统的超声成像高1-2个数量级，而且可以实现实时在体检测，OCT系统的体积和制造成本远小于MRI,使得这种技术在实验研究和临床应用方面都大有可为发展历程1997年MIT的David Huang et al 在science上发表了optical coherence tomography一文中首次提到OCT :1994年，由ZEISS公司开发并投入商业使用OCT :OCT仪器体积更小，更易操作，分辨率明显提高，出现了RNFL分析OCT :2002年3月，Stratus OCT上市，其分辨率更高，分析速度更快，仪器体积更小，并具备

4、进一步的分析程序：包括视网膜分析，RNFL分析，视盘分析，同时也包含FDA认证的RNFL和黄斑正常值数据库。OCT :2006年。对活体组织成像，分辨率可达微米级对组织形态迅速、直接的成像 不需要制备样品 不需要离子辐射 光学相干断层扫描的主要优点Company Logo工作原理工作原理1 基本原理基本原理 时域相干光学断层扫描时域相干光学断层扫描 扫描方式扫描方式24 频频域相干光学断层扫描域相干光学断层扫描3Company Logo利用近红外线及光学干涉原理对生物组利用近红外线及光学干涉原理对生物组织进行成像；织进行成像；光源参照光样品光参照反光镜被测物体叠加干涉成像回波成像；Compan

5、y LogoCompany LogoNAR/61. 0 横向分辨率为：纵向分辨率为:： 22ln2cLCompany Logo光源光源生物组织对不同光波的吸收即散射效果都不同生物组织对不同光波的吸收即散射效果都不同在红外波段，生物组织对其吸收最低，散射在红外波段，生物组织对其吸收最低，散射也最高也最高光源采用红外波段光波中心波长与谱线宽度中心波长决定了其在组织内的穿透深度，即成中心波长决定了其在组织内的穿透深度，即成像深度像深度谱线宽度又影响其纵向分辨率谱线宽度又影响其纵向分辨率一般选用超辐射二极管或者一般选用超辐射二极管或者ASE作为其光源使用作为其光源使用Company Logo时域相干光

6、学断层扫描 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。时时域域OCT中中参考光臂的参考光臂的光路长度可以转换为时间，光路长度可以转换为时间，通过改变反光镜位置实现通过改变反光镜位置实现不同断层成像。不同断层成像。时域光学相干断层扫描时域光学相干断层扫描的干涉信号的干涉信号Company Logo频域相干光学断层扫描频域频域OCTOCT是参考臂的参照反光镜固定不动，通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。过改变光源光波的频率来实现信号的干涉。采用频域技术的OCT系统仅需要横向扫描，纵向扫描由背向散射光谱的傅里

7、叶逆变换获得。参考光与物光的干涉光谱被探测器接收，此信号为光强关于波数 k(k=2/)的函数 I(k)。对 I(k)进行傅里叶逆变换，就得到对应着深度坐标 z 的样品信号 a(z)。Company LogoCompany LogoCompany LogoCompany Logo扫描方式扫描方式v单点（共焦）光学相干断层扫描单点（共焦）光学相干断层扫描v并行（全场）光学相干断层扫描并行（全场）光学相干断层扫描样品采用全场照明的方式，使用电荷耦合器件样品采用全场照明的方式，使用电荷耦合器件（CCDCCD）照相机将样品的像记录下来）照相机将样品的像记录下来; ;移动参考镜面来记录连续的正面图像，随后

8、可以重建出三维的图像对样品从两个维度进行扫描，然后使用扫描时通过对样品从两个维度进行扫描，然后使用扫描时通过参考光臂轴向扫描的相干门控效应所得到的深度信息参考光臂轴向扫描的相干门控效应所得到的深度信息来重建三维图像。来重建三维图像。Company Logo实际应用实际应用1 眼科的应用眼科的应用2 病理科的应用病理科的应用Company Logo眼科的应用眼科的应用OCTOCT技术的第一个临床应用领域就是眼科学。技术的第一个临床应用领域就是眼科学。OCTOCT可以测定视神经纤维的厚度、测量视网膜可以测定视神经纤维的厚度、测量视网膜结构、拍摄黄斑疾病、诊断和监测视网膜疾病结构、拍摄黄斑疾病、诊断

9、和监测视网膜疾病等，因此广泛应用在眼科学。等，因此广泛应用在眼科学。目前，目前，OCTOCT可对视网膜进行高分辨力，快速度可对视网膜进行高分辨力，快速度的二维成像，其纵向分辨率达的二维成像，其纵向分辨率达14m14m，纵向扫描，纵向扫描速度达速度达160mm/s160mm/s。Company Logo对青光眼患者，对青光眼患者， 该技术使医生能够监测视神经该技术使医生能够监测视神经纤维层的变化情况，而无须测量眼压；纤维层的变化情况，而无须测量眼压；对糖尿病患者，可以对视网膜的肿胀进行定量测对糖尿病患者，可以对视网膜的肿胀进行定量测量，量， 进而诊断病情。进而诊断病情。 实验结果证明，实验结果证

10、明， OCTOCT诊断各种视网膜疾病非常有诊断各种视网膜疾病非常有用，从有斑点产生，到形成青光眼，再到视网膜用，从有斑点产生，到形成青光眼，再到视网膜脱离均可探测，可用于青光眼和视网膜中区退化脱离均可探测，可用于青光眼和视网膜中区退化的早期诊断。的早期诊断。Company LogoCompany LogoCompany Logo病理科的应用病理科的应用OCTOCT技术的另一个重要应用是探测人体软组织的早技术的另一个重要应用是探测人体软组织的早期癌变期癌变 。OCTOCT依据癌变组织具有与健康组织不同的光谱特性依据癌变组织具有与健康组织不同的光谱特性和结构，得到组织清晰的像，由此实时而准确地和结

11、构，得到组织清晰的像，由此实时而准确地进行诊断。因为采用了计算机进行信号处理，所进行诊断。因为采用了计算机进行信号处理，所得结果与操作人员的主观因素无关。得结果与操作人员的主观因素无关。另外，另外， OCTOCT技术将成为对皮下组织病变进行实时技术将成为对皮下组织病变进行实时诊断而无需活组织检查的一种权威方法，诊断而无需活组织检查的一种权威方法， 但在此但在此之前还需要更多的临床试验揭示其优点及待解决之前还需要更多的临床试验揭示其优点及待解决的问题。的问题。Company LogoOCT手术导航手术导航在脑外科及神经外科等微创或无创手术中，可借在脑外科及神经外科等微创或无创手术中，可借助于助于OCT OCT 对浅层皮下活体组织或利用探针对深层对浅层皮下活体组织或利