OCT光学相干断层扫描

光学相干断层扫描(optical coherence tomography)属于医学成像的一种。自从1991年David Huang 研究小组在《Science》 杂志上提出该方法后，广泛应用于生命科学和临床医学检测中^[1]，比如应用在眼科疾病、牙齿组织/皮肤组织结构、心血管疾病、组织癌变检测等方面。在其他应用领域如工业方面，也可进行机械件检测、薄膜检测、珠宝真伪鉴别等。下图列举了几种典型的成像方法在成像深度和分辨率上的对比。相比其他的一些医学成像技术，OCT优势主要分为两点：一是分辨率；二是既可以在体成像也可以体外成像^[2]。

Wiki百科上关于OCT有如下解释：光学相干层析成像(OCT)是一种利用低相干光从光散射介质(如生物组织)中获取微米级分辨率、二维和三维图像的成像技术。它用于医学成像和工业无损检测(NDT)。光学相干层析成像是基于低相干干涉测量，通常使用近红外光。使用相对较长的波长的光可以穿透散射介质。

为什么使用近红外光？

OCT在生物医学上应用非常广泛，生物组织内的成分（黑色素、水、血红蛋白等）对光有散射和吸收。如下图，为得到更好的光信号zui好选择ZX波长为700~1400nm左右的光^[3]。

为什么要干涉？

OCT原理和超声类似，光波类比声波，测量光在生物组织中传播后单次背向散射光的回波信号，处理得到图像。因为光速太快，无法直接探测，同时由于单次背向散射光仍具有相干性，采用迈克尔逊干涉仪技术，将这种散射光和参考镜反射的参考光耦合叠加，获取干涉信息。通过干涉测量的方法可以比较容易的得到组织内部结构信息。

OCT的类型

根据探测信号类型的不同，OCT主要有两种技术：时域 OCT(Time Domain OCT，TD-OCT)和频域 OCT(Fourier Domain OCT， FD-OCT)，其中频域OCT又分为光谱频域 OCT(Spectral Domain OCT，SD-OCT)和扫频 OCT(Swept Source OCT，SS-OCT)。

时域TD-OCT

时域OCT通过调节参考反射镜光程，获得样品中与之相等位置的干涉成像。反射镜来回移动完成一次轴向扫描，再加上横向移动即可完成二维扫描成像^[4]。

由于采用宽带光源，具有较短的相干长度，只有当参考光和信号光的光程差匹配时才有强干涉（如下图）。这样扫描镜运动可得到物体内部各点干涉信号，信号强弱反映内部结构。

频域FD-OCT

FD-OCT 分为谱域光学相干层析技术（SD-OCT）和扫频光源光学相干层析技术(SS-OCT)。两者的基本原理相同，都是通过频域信息得到样品深度信息。

1.  SD-OCT采用低相干光源，利用光谱分光得到干涉光谱，由线阵图像传感器接收，利用快速傅里叶变换获取结果。

2.  SS-OCT采用输出波长随时间变化的高速扫频光源，不需要通过光谱分光，通过平衡探测器探测就能得到光谱分离的干涉信息，从而实现光谱分析。

相比传统的TD-OCT，FD-OCT由于不用进行机械扫描，去掉了一些机械结构，在扫描速度和信噪比上更好。因此，FD-OCT目前得到广泛的应用^[3]。

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对于现在广泛使用的FD-OCT，目前可以提供SD-OCT用的超辐射二极管光源，高速图像传感器和SS-OCT用的平衡探测器。

SD-OCT

光源：

超辐射二极管SLD（L11607/L12856）

探测器：

VIS-NIR（0.4-1.1μm）线阵CCD传感器

NIR（0.9-1.7μm）线阵CCD传感器

SS-OCT

探测器：

平衡探测器C12668系列

800MHz (C12668-05/-06 在研中)

400MHz (C12668-03/-04)

200MHz (C12668-01/-02)

在对于一些OCT方法上的一些新的研究，比如提高轴向分辨率方面，超连续谱光源是个不错的光源选择。在SS-OCT线扫秒方面，近红外高速线阵图像传感器和相机就十分匹配。

SC light source（超连续谱光源）-L15077-C7，1300nm-2000nm

参考文献

[1] Huang D, Swanson E A, LinC P, et al. Optical coherence tomography[J]. science, 1991, 254(5035): 1178-1181.

[2] http://obel.ee.uwa.edu.au/research/fundamentals/introduction-oct/

[3] https://www.swissphotonics.net/libraries.files/2011_SLN_EPMT_Meier.pdf

[4] Thouvenin, Olivier et al. En face coherence microscopy [Invited]. Biomedical optics express 8 2 (2017): 622-639.