光學相干斷層掃描技術(shù)

1、LOGO生基碩生基碩11 11 唐鵬唐鵬車曉車曉姚銳杰姚銳杰光學相干斷層掃描技術(shù)光學相干斷層掃描技術(shù)Company Logo1 技術(shù)簡介技術(shù)簡介 工作工作原理原理 實際應用實際應用23醫(yī)學成像技術(shù)的發(fā)展上世紀50-60年代開始應用超聲與核素掃描進行人體檢查，出現(xiàn)了超聲成像與閃爍成像70年代和80年代相繼出現(xiàn)了X線計算機體層成像（X-CT）、磁共振成像（MRI）和發(fā)射體層成像（ECT）。70年代迅速興起了介入放射學，介入超聲和超聲組織定位，MRI和CT的立體組織定位等，以及PET在分子水平上利用影像技術(shù)研究人體心腦代謝和受體功能。1895年德國物理學家發(fā)現(xiàn)了x射線，不久人們便通過x射線透視，成功

2、從患者手中取出一枚鋼針異物，這是x射線最早應用于臨床的實例。各類成像技術(shù)的缺點：CT：有些部位骨骼偽影太多，影響其周圍軟組織結(jié)構(gòu)的顯示，受呼吸運動的影響，容易漏診小的病狀，x線輻射量大，重建圖像偽影較多MRI:價格昂貴，成像復雜，大多數(shù)情況下不適宜于首選，體內(nèi)帶有金屬異物或裝有心臟起搏器者禁用，不適合幽閉恐怖癥患者 超聲：受氣體與骨骼的阻礙，不適合于含氣臟器如肺消化道及骨骼的檢查，準確性受操作者的經(jīng)驗，檢查技巧和認真程度影響醫(yī)學成像診斷的要求實時在體：不影響組織結(jié)構(gòu)危害小：無創(chuàng)，輻射小分辨率高光學相干斷層掃描技術(shù)光學相干層析是90年代發(fā)展起來的一種新型光學成像手段它通過測量生物組織的背散射光強

3、度和相位獲得內(nèi)部的顯微結(jié)構(gòu)信息進行層析成像分辨率1um-15um,比傳統(tǒng)的超聲成像高1-2個數(shù)量級，而且可以實現(xiàn)實時在體檢測，OCT系統(tǒng)的體積和制造成本遠小于MRI,使得這種技術(shù)在實驗研究和臨床應用方面都大有可為發(fā)展歷程1997年MIT的David Huang et al 在science上發(fā)表了optical coherence tomography一文中首次提到OCT :1994年，由ZEISS公司開發(fā)并投入商業(yè)使用OCT :OCT儀器體積更小，更易操作，分辨率明顯提高，出現(xiàn)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，儀器體積更小，并具備

4、進一步的分析程序：包括視網(wǎng)膜分析，RNFL分析，視盤分析，同時也包含F(xiàn)DA認證的RNFL和黃斑正常值數(shù)據(jù)庫。OCT :2006年。對活體組織成像，分辨率可達微米級對組織形態(tài)迅速、直接的成像 不需要制備樣品 不需要離子輻射 光學相干斷層掃描的主要優(yōu)點Company Logo工作原理工作原理1 基本原理基本原理 時域相干光學斷層掃描時域相干光學斷層掃描 掃描方式掃描方式24 頻頻域相干光學斷層掃描域相干光學斷層掃描3Company Logo利用近紅外線及光學干涉原理對生物組利用近紅外線及光學干涉原理對生物組織進行成像；織進行成像；光源參照光樣品光參照反光鏡被測物體疊加干涉成像回波成像；Compan

5、y LogoCompany LogoNAR/61. 0 橫向分辨率為：縱向分辨率為:： 22ln2cLCompany Logo光源光源生物組織對不同光波的吸收即散射效果都不同生物組織對不同光波的吸收即散射效果都不同在紅外波段，生物組織對其吸收最低，散射在紅外波段，生物組織對其吸收最低，散射也最高也最高光源采用紅外波段光波中心波長與譜線寬度中心波長決定了其在組織內(nèi)的穿透深度，即成中心波長決定了其在組織內(nèi)的穿透深度，即成像深度像深度譜線寬度又影響其縱向分辨率譜線寬度又影響其縱向分辨率一般選用超輻射二極管或者一般選用超輻射二極管或者ASE作為其光源使用作為其光源使用Company Logo時域相干光

6、學斷層掃描 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，然后成像。時時域域OCT中中參考光臂的參考光臂的光路長度可以轉(zhuǎn)換為時間，光路長度可以轉(zhuǎn)換為時間，通過改變反光鏡位置實現(xiàn)通過改變反光鏡位置實現(xiàn)不同斷層成像。不同斷層成像。時域光學相干斷層掃描時域光學相干斷層掃描的干涉信號的干涉信號Company Logo頻域相干光學斷層掃描頻域頻域OCTOCT是參考臂的參照反光鏡固定不動，通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(xiàn)信號的干涉。過改變光源光波的頻率來實現(xiàn)信號的干涉。采用頻域技術(shù)的OCT系統(tǒng)僅需要橫向掃描，縱向掃描由背向散射光譜的傅里

7、葉逆變換獲得。參考光與物光的干涉光譜被探測器接收，此信號為光強關(guān)于波數(shù) k(k=2/)的函數(shù) I(k)。對 I(k)進行傅里葉逆變換，就得到對應著深度坐標 z 的樣品信號 a(z)。Company LogoCompany LogoCompany LogoCompany Logo掃描方式掃描方式v單點（共焦）光學相干斷層掃描單點（共焦）光學相干斷層掃描v并行（全場）光學相干斷層掃描并行（全場）光學相干斷層掃描樣品采用全場照明的方式，使用電荷耦合器件樣品采用全場照明的方式，使用電荷耦合器件（CCDCCD）照相機將樣品的像記錄下來）照相機將樣品的像記錄下來; ;移動參考鏡面來記錄連續(xù)的正面圖像，隨后

8、可以重建出三維的圖像對樣品從兩個維度進行掃描，然后使用掃描時通過對樣品從兩個維度進行掃描，然后使用掃描時通過參考光臂軸向掃描的相干門控效應所得到的深度信息參考光臂軸向掃描的相干門控效應所得到的深度信息來重建三維圖像。來重建三維圖像。Company Logo實際應用實際應用1 眼科的應用眼科的應用2 病理科的應用病理科的應用Company Logo眼科的應用眼科的應用OCTOCT技術(shù)的第一個臨床應用領(lǐng)域就是眼科學。技術(shù)的第一個臨床應用領(lǐng)域就是眼科學。OCTOCT可以測定視神經(jīng)纖維的厚度、測量視網(wǎng)膜可以測定視神經(jīng)纖維的厚度、測量視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)、拍攝黃斑疾病、診斷和監(jiān)測視網(wǎng)膜疾病結(jié)構(gòu)、拍攝黃斑疾病、診斷

9、和監(jiān)測視網(wǎng)膜疾病等，因此廣泛應用在眼科學。等，因此廣泛應用在眼科學。目前，目前，OCTOCT可對視網(wǎng)膜進行高分辨力，快速度可對視網(wǎng)膜進行高分辨力，快速度的二維成像，其縱向分辨率達的二維成像，其縱向分辨率達14m14m，縱向掃描，縱向掃描速度達速度達160mm/s160mm/s。Company Logo對青光眼患者，對青光眼患者， 該技術(shù)使醫(yī)生能夠監(jiān)測視神經(jīng)該技術(shù)使醫(yī)生能夠監(jiān)測視神經(jīng)纖維層的變化情況，而無須測量眼壓；纖維層的變化情況，而無須測量眼壓；對糖尿病患者，可以對視網(wǎng)膜的腫脹進行定量測對糖尿病患者，可以對視網(wǎng)膜的腫脹進行定量測量，量， 進而診斷病情。進而診斷病情。 實驗結(jié)果證明，實驗結(jié)果證

10、明， OCTOCT診斷各種視網(wǎng)膜疾病非常有診斷各種視網(wǎng)膜疾病非常有用，從有斑點產(chǎn)生，到形成青光眼，再到視網(wǎng)膜用，從有斑點產(chǎn)生，到形成青光眼，再到視網(wǎng)膜脫離均可探測，可用于青光眼和視網(wǎng)膜中區(qū)退化脫離均可探測，可用于青光眼和視網(wǎng)膜中區(qū)退化的早期診斷。的早期診斷。Company LogoCompany LogoCompany Logo病理科的應用病理科的應用OCTOCT技術(shù)的另一個重要應用是探測人體軟組織的早技術(shù)的另一個重要應用是探測人體軟組織的早期癌變期癌變 。OCTOCT依據(jù)癌變組織具有與健康組織不同的光譜特性依據(jù)癌變組織具有與健康組織不同的光譜特性和結(jié)構(gòu)，得到組織清晰的像，由此實時而準確地和結(jié)

11、構(gòu)，得到組織清晰的像，由此實時而準確地進行診斷。因為采用了計算機進行信號處理，所進行診斷。因為采用了計算機進行信號處理，所得結(jié)果與操作人員的主觀因素無關(guān)。得結(jié)果與操作人員的主觀因素無關(guān)。另外，另外， OCTOCT技術(shù)將成為對皮下組織病變進行實時技術(shù)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(quán)威方法，診斷而無需活組織檢查的一種權(quán)威方法， 但在此但在此之前還需要更多的臨床試驗揭示其優(yōu)點及待解決之前還需要更多的臨床試驗揭示其優(yōu)點及待解決的問題。的問題。Company LogoOCT手術(shù)導航手術(shù)導航在腦外科及神經(jīng)外科等微創(chuàng)或無創(chuàng)手術(shù)中，可借在腦外科及神經(jīng)外科等微創(chuàng)或無創(chuàng)手術(shù)中，可借助于助于OCT OCT 對淺層皮下活體組織或利用探針對深層對淺層皮下活體組織或利