光学相干层析成像技术研究

易靖雯

摘 要：文章主要阐述了光学相干层析技术作为一种有别于其他层析成像技术的新型技术手段，具有快速、实时、无损等特点。它能利用低相干光的干涉，将带有生物样品信息的相干光进行解调、滤波和放大后成像。文章主要从光学相干层析技术的背景、定义、原理及其在现代医学领域的应用和未来的发展方面进行研究。

关键词：光学相干层析技术；相干光；成像

生物医学影像可以借助十分直观而具体的状态向展示物体中的框架体系、构成成分以及其他作用，给医疗判断以可靠的根据，且持续促进临床医疗的进步。这些年来，生物医学成像科技获得了很大的进步，其通过把各种能量当成载体，对生物体中检验目标发射能量或能量载体在生命的组织器官中对外界传递能量。此类能量载体和生命体的组织间持续进行切换，像汲取、传递以及发射等等，把带有生物体内框架式数据以及功能性数据。借助勘探设备，此类数据可以进行提炼、加工以及重塑之后变成各类影像信息，然后再进行操作，通过影像方式展示出来，成为人们开展医疗领域的探索。

1 光学层析成像技术的产生背景

医学影像在现在医学中扮演着重要的位置，很多光学技术在医院的放射科得以应用，这些技术也为现代人类带了重大的改变。现在在医疗方面普及的光学科技：X射线、超声波、放射性核素成像以及核磁共振等。

1.1 X射线

其方式为射线慢慢穿过人体各个组织器官过程中，其会被吸收的状态存在差异，因此抵达胶片的X射线也有多有少，会产生黑白比较存在差异的图像，进而区分人体的各个部位，判断病症。像人体的肋骨密度相对较高，X射线被吸收非常之多，肋骨部分就是白色的，肋骨下面的部分，吸收不多，留下的射线相对多，胶片吸收的光比较多，所以呈现出黑色。

1.2 放射性核素成像

放射性核素成像（Radio Nuclide Imaging，RNI）的工作原理是将放射活性化学物质（锝99）注射到体内，在骨代谢区域吸收增加，在图像上呈现不一样的颜色，判断病理部位。其缺点是应用十分有限，会对人体造成长久伤害。

1.3 超声波

其检测信号是超声回波，图像信号反映人体组织声学特性的不同，从而动态显示器官的大小和形状。其缺点是在尺寸小于几毫米的样品检测上，分辨率差。

1.4 核磁共振

核磁共振（Magnetic Resonance Imaging，MRI）工作原理是原子核在外加強磁场的作用下接受特定射频脉冲，发生共振现象，系统通过接收到共振信号并经计算机重建得到图像。缺点是样品进行检测时，要求高，不能有任何金属物质，用超导磁进行检测，成本高。

以上技术都属于侵入式医学成像技术，因为在医学影像领域技术上的某些缺点和应用上的不足，产生了光学相干层析成像技术（Optical Coherence Tomography，OCT），OCT有以下优点：可长时间探测，不会对生物组织造成伤害；对早期肿瘤进行探测并判断其性质；光学成像方法分辨率高；其技术提供了机体化学物质光谱探测的可能性，高探测灵敏度，检查快速、方便，所以OCT技术应运而生。

2 光学相干层析成像技术的定义

从其名称上来理解，OCT使用近红外光扫描，产生高分辨率的组织显微图像。Optical—光学，指光的或和光相关的；Coherent light—干涉，即指光波之间相互作用的结果；Tomography—层析成像，即为产生一系列平面或切片图像的方法。

OCT属于分辨率高、非接触类的生物组织成像科技，和超声波差不多，不过是借助光取代声波出现影像。光在样品中被散射，接着经过操作，得到分辨率高的影像以研究内部的具体框架，有生命的，不用物理接触。像在口腔OCT的运用部分而言，观察光到达口腔，接触口腔黏膜，借助得到口腔内各组织界面反射的组织厚度以及距离数据，然后复原影像以及信息以开展病理诊断像，其反映的为该阶段所检验的视网膜的横断面的状态，借助此截面反映出的亮度、厚度、灰阶的状况以表现被检验部分的病理状态。

假设影像上是红白色的，那么说明是最强反光，是对光的反射以及反向散射相对高的部分；表现出蓝黑色，那么说明是最弱反光，反映的是光的反射性不强的部分。

3 OCT的主要部件原理

OCT是为借助近红外光源的低相干性，依靠就平面镜反射的基础光与从生命体内散射的指令光间的影响，就生命体中的微结构逐点加以检验，通过光电勘探设备获取的不太强的指令借助滤波、扩大之后成像。在分析它的成像原理中，有3个十分重要的部件。

3.1 低相干技术光的干涉

人们将原子的平均不间断发光时间的间隔被称作相干时间，光在相干时间里面经过的长度名叫相干长度，相干长度还能够被认为是影响指令在最大值一半部分相应的光程差，对应的光借助相干长度所需的时长即所谓相干时间。光源的相干长度长代表其被分散的两束光的光程差在很大程度上均会被影响，光源的相干长度短则说明其被分散开的两束光的光程差在小范围内才可以实现影响。为了确保得到的影像在深度轴部分的分辨率，光学相干成像科技借助相干长度补长的低相干光源，进而确保仅有从散射介质内相对薄的部分反射的光能够对基础光产生影响。

出于实现相干要求，一般是通过借助光具组把同一波列划分成两组，令其通过各方式再次遇见，因为如此获取的两波列是一个相同波列分解出来的，其频率一样，位相差相对确定，振动也相对平行，进而能打造比较可靠的干涉场。

3.2 光电探测系统

光电探测系统即是把系统中的光信号转化成电信号.光学相干层析成像技术的系统结构原理如图1所示。

从图1能够发现，系统关键在于迈克尔逊干涉设备，基础臂是当成精密扫描的借鉴反射设备，进而获取基础光；样品臂是位于待检验的组织样品。光源产生的近红外宽带低相干光，借助光隔离设备达到义光纤藕合设备，其中光隔离设备具有平稳光源功能。可以防止回光干扰光源的导出功率。低相干光进入光纤藕合设备后分成两束光后，然后光通过准直镜后投射于快速扫描光学延长线上，然后反射生成基础光，还有一边光借助透镜经共焦系统汇聚于样品部分，反射、散射后形成指令光，基础光和指令光通过光纤耦合设备融合生成影响指令。影响指令被分离后借助两个耦合设备，各自入射至两个差不多的光电勘测设备光敏面。两路指令电流进入勘测线路，在扩大差分、滤波之后通过采集卡获取信息，传递至计算机设备操作，最终生成影像。因为宽带光源的相干长度不是很长，仅指令光和基础光的光程之差小于等于宽带光源的相干长度情况下，才可以获得影响指令，所以源于样品特定深度的后向反射、散射的质量光才可以与相应部位的基础光发生作用。驱动振镜，调整基础光的光程，就样品根据轴向加以依次检索，便能获取样品的层析影像。和样品上的横向检索联系起来便能获取样品组织的断层影响以及三维框架。

4 OCT在医学方面的运用

4.1 在医疗领域的应用

借助OCT科技能够获取在心血管、胃肠道等部分的微米分辨率影像。在心血管结构内，能够用于活体得到和心脏框架以及作用有联系的定性或者定量的数据[1]。

OCT和多普勒科技联系到一起，得到的光学多普勒层析应用能够来检验高散射介质内的流体速率，像皮肤外部的血液流动速率，能够用来掌握亚表层内微血管直径以及血液流动速率的布局等信息。

另外，OCT在一些微创与无创手术里面也发挥了很大作用，其能够定位分辨率高的影像，按照即时影像导航，完成手术定位，引导、监测手术过程，防止出现医疗事故。

4.2 OCT的发展前景

OCT成像防止各种辐射对人体构成威胁，确保了安全性。而且，近年来OCT科技进步很快，在生物医疗研究与病症判断方面有着重要价值。

[参考文献]

[1]薛莉.OCT技术及在医疗领域的应用[D].南京：南京航空航天大学，2009.

[2]龙炳昌.光学相干层析成像系统研究[D].珠海：暨南大学，2009.endprint