光學相干層析成像技術研究

易靖雯

摘 要：文章主要闡述了光學相干層析技術作為一種有別于其他層析成像技術的新型技術手段，具有快速、實時、無損等特點。它能利用低相干光的干涉，將帶有生物樣品信息的相干光進行解調、濾波和放大后成像。文章主要從光學相干層析技術的背景、定義、原理及其在現代醫學領域的應用和未來的發展方面進行研究。

關鍵詞：光學相干層析技術；相干光；成像

生物醫學影像可以借助十分直觀而具體的狀態向展示物體中的框架體系、構成成分以及其他作用，給醫療判斷以可靠的根據，且持續促進臨床醫療的進步。這些年來，生物醫學成像科技獲得了很大的進步，其通過把各種能量當成載體，對生物體中檢驗目標發射能量或能量載體在生命的組織器官中對外界傳遞能量。此類能量載體和生命體的組織間持續進行切換，像汲取、傳遞以及發射等等，把帶有生物體內框架式數據以及功能性數據。借助勘探設備，此類數據可以進行提煉、加工以及重塑之后變成各類影像信息，然后再進行操作，通過影像方式展示出來，成為人們開展醫療領域的探索。

1 光學層析成像技術的產生背景

醫學影像在現在醫學中扮演著重要的位置，很多光學技術在醫院的放射科得以應用，這些技術也為現代人類帶了重大的改變。現在在醫療方面普及的光學科技：X射線、超聲波、放射性核素成像以及核磁共振等。

1.1 X射線

其方式為射線慢慢穿過人體各個組織器官過程中，其會被吸收的狀態存在差異，因此抵達膠片的X射線也有多有少，會產生黑白比較存在差異的圖像，進而區分人體的各個部位，判斷病癥。像人體的肋骨密度相對較高，X射線被吸收非常之多，肋骨部分就是白色的，肋骨下面的部分，吸收不多，留下的射線相對多，膠片吸收的光比較多，所以呈現出黑色。

1.2 放射性核素成像

放射性核素成像（Radio Nuclide Imaging，RNI）的工作原理是將放射活性化學物質（锝99）注射到體內，在骨代謝區域吸收增加，在圖像上呈現不一樣的顏色，判斷病理部位。其缺點是應用十分有限，會對人體造成長久傷害。

1.3 超聲波

其檢測信號是超聲回波，圖像信號反映人體組織聲學特性的不同，從而動態顯示器官的大小和形狀。其缺點是在尺寸小于幾毫米的樣品檢測上，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場的作用下接受特定射頻脈沖，發生共振現象，系統通過接收到共振信號并經計算機重建得到圖像。缺點是樣品進行檢測時，要求高，不能有任何金屬物質，用超導磁進行檢測，成本高。

以上技術都屬于侵入式醫學成像技術，因為在醫學影像領域技術上的某些缺點和應用上的不足，產生了光學相干層析成像技術（Optical Coherence Tomography，OCT），OCT有以下優點：可長時間探測，不會對生物組織造成傷害；對早期腫瘤進行探測并判斷其性質；光學成像方法分辨率高；其技術提供了機體化學物質光譜探測的可能性，高探測靈敏度，檢查快速、方便，所以OCT技術應運而生。

2 光學相干層析成像技術的定義

從其名稱上來理解，OCT使用近紅外光掃描，產生高分辨率的組織顯微圖像。Optical—光學，指光的或和光相關的；Coherent light—干涉，即指光波之間相互作用的結果；Tomography—層析成像，即為產生一系列平面或切片圖像的方法。

OCT屬于分辨率高、非接觸類的生物組織成像科技，和超聲波差不多，不過是借助光取代聲波出現影像。光在樣品中被散射，接著經過操作，得到分辨率高的影像以研究內部的具體框架，有生命的，不用物理接觸。像在口腔OCT的運用部分而言，觀察光到達口腔，接觸口腔黏膜，借助得到口腔內各組織界面反射的組織厚度以及距離數據，然后復原影像以及信息以開展病理診斷像，其反映的為該階段所檢驗的視網膜的橫斷面的狀態，借助此截面反映出的亮度、厚度、灰階的狀況以表現被檢驗部分的病理狀態。

假設影像上是紅白色的，那么說明是最強反光，是對光的反射以及反向散射相對高的部分；表現出藍黑色，那么說明是最弱反光，反映的是光的反射性不強的部分。

3 OCT的主要部件原理

OCT是為借助近紅外光源的低相干性，依靠就平面鏡反射的基礎光與從生命體內散射的指令光間的影響，就生命體中的微結構逐點加以檢驗，通過光電勘探設備獲取的不太強的指令借助濾波、擴大之后成像。在分析它的成像原理中，有3個十分重要的部件。

3.1 低相干技術光的干涉

人們將原子的平均不間斷發光時間的間隔被稱作相干時間，光在相干時間里面經過的長度名叫相干長度，相干長度還能夠被認為是影響指令在最大值一半部分相應的光程差，對應的光借助相干長度所需的時長即所謂相干時間。光源的相干長度長代表其被分散的兩束光的光程差在很大程度上均會被影響，光源的相干長度短則說明其被分散開的兩束光的光程差在小范圍內才可以實現影響。為了確保得到的影像在深度軸部分的分辨率，光學相干成像科技借助相干長度補長的低相干光源，進而確保僅有從散射介質內相對薄的部分反射的光能夠對基礎光產生影響。

出于實現相干要求，一般是通過借助光具組把同一波列劃分成兩組，令其通過各方式再次遇見，因為如此獲取的兩波列是一個相同波列分解出來的，其頻率一樣，位相差相對確定，振動也相對平行，進而能打造比較可靠的干涉場。

3.2 光電探測系統

光電探測系統即是把系統中的光信號轉化成電信號.光學相干層析成像技術的系統結構原理如圖1所示。

從圖1能夠發現，系統關鍵在于邁克爾遜干涉設備，基礎臂是當成精密掃描的借鑒反射設備，進而獲取基礎光；樣品臂是位于待檢驗的組織樣品。光源產生的近紅外寬帶低相干光，借助光隔離設備達到義光纖藕合設備，其中光隔離設備具有平穩光源功能。可以防止回光干擾光源的導出功率。低相干光進入光纖藕合設備后分成兩束光后，然后光通過準直鏡后投射于快速掃描光學延長線上，然后反射生成基礎光，還有一邊光借助透鏡經共焦系統匯聚于樣品部分，反射、散射后形成指令光，基礎光和指令光通過光纖耦合設備融合生成影響指令。影響指令被分離后借助兩個耦合設備，各自入射至兩個差不多的光電勘測設備光敏面。兩路指令電流進入勘測線路，在擴大差分、濾波之后通過采集卡獲取信息，傳遞至計算機設備操作，最終生成影像。因為寬帶光源的相干長度不是很長，僅指令光和基礎光的光程之差小于等于寬帶光源的相干長度情況下，才可以獲得影響指令，所以源于樣品特定深度的后向反射、散射的質量光才可以與相應部位的基礎光發生作用。驅動振鏡，調整基礎光的光程，就樣品根據軸向加以依次檢索，便能獲取樣品的層析影像。和樣品上的橫向檢索聯系起來便能獲取樣品組織的斷層影響以及三維框架。

4 OCT在醫學方面的運用

4.1 在醫療領域的應用

借助OCT科技能夠獲取在心血管、胃腸道等部分的微米分辨率影像。在心血管結構內，能夠用于活體得到和心臟框架以及作用有聯系的定性或者定量的數據[1]。

OCT和多普勒科技聯系到一起，得到的光學多普勒層析應用能夠來檢驗高散射介質內的流體速率，像皮膚外部的血液流動速率，能夠用來掌握亞表層內微血管直徑以及血液流動速率的布局等信息。

另外，OCT在一些微創與無創手術里面也發揮了很大作用，其能夠定位分辨率高的影像，按照即時影像導航，完成手術定位，引導、監測手術過程，防止出現醫療事故。

4.2 OCT的發展前景

OCT成像防止各種輻射對人體構成威脅，確保了安全性。而且，近年來OCT科技進步很快，在生物醫療研究與病癥判斷方面有著重要價值。

[參考文獻]

[1]薛莉.OCT技術及在醫療領域的應用[D].南京：南京航空航天大學，2009.

[2]龍炳昌.光學相干層析成像系統研究[D].珠海：暨南大學，2009.endprint