光學相干斷層掃描技術 （Optical CoherenceTomography，簡稱 OCT）是近年來發展較快的一種最具發展前途的新型層析成像技術，特別是生物組織活體檢測和成像方面具有誘人的套用前景，已嘗試在眼科、牙科和皮膚科的臨床診斷中套用，是繼 X-CT 和 MRI 技術之後的又一大技術突破，近年來已得到了迅速的發展。
基本介紹
- 中文名：光學相干斷層掃描技術
- 外文名：optical coherence tomography ， OCT
- 專業：光學技術
背景,簡介,工作原理,套用,眼科的套用,病理科的套用,非醫學領域的套用,結語,
背景
隨著科學的進步，當今醫學成像技術已經在醫學診斷中起著重要的作用，各種探測方法和顯示手段趨於更精確、更直觀、更完善從而有助於人們觀察生物組織，了解材料結構，它的發展是物理、數學、電子學、計算機科學和生物醫學等多門學科相互結合的結果。
從顯微鏡的發明到 X 射線在醫學上的套用使人們以圖像的形式觀察到了肉眼不能直接看到的形態結構，推動了醫學診斷的發展。目前，各種醫學成像技術不斷發展，用於生物醫學領域的研究，不同的成像原理可以用於觀察不同的器官組織，不但給出組織的形態，還對組織特徵進行識別和檢測。
各種成像技術中，光學相干斷層掃描技術/光學相干層析成像（OpticalCoherence Tomography）是一項新興的光學成像技術，當從散射介質中返回的彈道光子和蛇行光子與參考光的光程差在光源的相干長度範圍內，發生干涉，而漫射光子與參考光的光程差大於光源的相干長度，不能發生干涉，從而把帶有被測樣品信息的彈道光子和蛇行光子提取出來，進行成像，它可以實現對生物組織高解析度的非侵入層析測量，具有廣泛的套用前景。光學相干層析成像技術是從光學相干域反射儀（或光學低相干反射儀）發展而來的，1991 年，美國麻省理工學院（MIT）的 David Huang 等人在 Science 上首先報導了光學相干層析成像（簡稱 OCT）技術。之後 Schmitt 等將此技術用於生物組織光學特性參數測量，取得了很好的效果。1996 年 Carl Zeiss Meditec Inc. of California 把眼科的 OCT系統做成臨床醫療器械投放市場。
OCT 技術問世以來，各個研究機構為了擴展它的套用範圍和提高性能進行了大量的研究工作，出現了許多新方法，為 OCT 技術在醫學領域的廣泛套用打下基礎。
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。
工作原理
OCT專業全稱又叫光學相關斷層掃描。是最近幾年套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。
參照鏡面和光源的距離可以調節 , 當兩個光路的光程差與光源的相干波長相匹 配時才會產生干涉 , 所以的軸向解析度由光源的相干波長決定 , 與光源的光譜頻寬成反比 。 OCT的橫向解析度不僅受波長的影響 , 瞳孔直徑和橫向像素密度也是重要影響因 素。
此外，當將OCT技術拓展到對生物組織進行成像時，其利用近紅外線及光學干涉原理進行成像。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。當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）雷射掃描OCT（SS-OCT），這種OCT利用波長可變的雷射光源發射不同波長的光波；（2）光譜OCT（SD-OCT），它利用高解析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，頻寬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的臨床套用。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時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。
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有美國OPTOVUE公司生產的頻域型 OCT、波蘭OPTOPOL公司生產的頻域型OCT。同時受到國內眾多教授專家的好評。
套用
眼科的套用
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，但其軸向解析度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套用前景。
下面具體來說一下，OCT在醫學中的具體套用。OCT是20世紀90年代初期發展起來的一種新型非接觸性無創光學影像診斷技術，是利用眼中不同組織對光（用830nm近紅外光）的反射性不同，通過低相干性光干涉測量儀，比較反射光波和參照光波測定發射光波的延遲時間和反射強度，分析出不同組織的結構及其距離，經計算及處理成像，並以偽彩形式顯示組織的斷面結構。軸向解析度可達10微米。它對黃斑部疾病的診斷有重要套用價值。但OCT的解析度是靠組織結構的發光性質不同對組織進行區分，視網膜斷層中真正較易明確區分的有神經上皮光帶、色素上皮光帶和脈絡膜光帶，神經上皮層間的結構尚難分辨。
OCT的掃描方式有水平、垂直、環形、放射狀以及不同角度的線性掃描，檢查者可根據病變的部位、性質以及檢查目的來選擇合適的掃描方式。因OCT橫向解析度與掃描長度有關，掃描線越長，解析度越低。為了便於資料的比較以及採集資料的規範，可以選擇固定的掃描長度和固定的掃描順序。如對黃斑的掃描，可選擇掃描線長度為4mm或者4.5mm，間隔45°的線性掃描作為基本掃描。
病理科的套用
OCT技術最重要的套用之一是探測人體軟組織的早期癌變。癌症的早期診斷是挽救病人生命的關鍵，唯一確定的診斷方法是通過活組織檢查，問題是需要花費一定的診斷時間，且給出的結論與分析人員的經驗等主觀因素有很大關係，準確測定癌變區的邊界就更加困難。OCT則依據癌變組織具有與健康組織不同的光譜特性和結構，得到組織清晰的像，由此實時而準確地進行診斷。因為採用了計算機進行信號處理，所得結果與操作人員的主觀因素無關。另外，OCT技術將成為對皮下組織病變進行實時診斷而無需活組織檢查的一種權威方法，但在此之前還需要更多的臨床試驗揭示其優點及待解決的問題。
非醫學領域的套用
OCT 研究的最初目的是為生物醫學的層析成像，並且醫學套用仍然繼續占主導地位。除了在醫學領域的套用，隨著 OCT 技術的發展，OCT 技術正在向其他領域推進，特別是工業測量領域，如位移感測器、薄底片的厚度測量以及其他可以轉換成位移的被測物的測量。
最近，低相干技術已作為高密度數據存儲的關鍵技術。OCT 技術還可用於測量高散射聚合物分子的殘餘孔隙、纖維構造和結構的完整性。還可以用於測量材料的鍍層。OCT 技術還能用於材料科學，J.P.Dunkers 等人使用OCT 技術對複合材料進行了無損傷的檢測 。 M.Bashkansky 等人利用 OCT 系統對陶瓷材料進行了檢測，拓展了 OCT 技術的套用範圍。S.R.Chinn 等還對 OCT 在高密度數據存儲中的套用進行了研究，實現多層光學存儲和高探測靈敏度。
