張 寧，黎智輝，許小京

（公安部物證鑒定中心，北京 100038）

光學相干斷層 成像檢驗技術

張 寧，黎智輝，許小京

（公安部物證鑒定中心，北京 100038）

光學相干斷層成像技術（optical coherence tomography， OCT）是一種新型的利用生物組織散射光相干原理的光學成像技術，具有無損、斷層成像、高分辨率、易小型化等特點。它的原理類似于超聲成像，不同之處是它利用的是光，而不是聲音。OCT技術最早和最成熟的應用是在醫(yī)學成像領域，隨著技術的進一步發(fā)展，它逐漸在非生物醫(yī)學領域也開始出現相關研究。在法庭科學領域，物證檢驗技術正朝著低損、快速、高精度的方向發(fā)展。光學影像檢驗技術是最重要的物證檢驗手段之一，其在物證的快速搜索、發(fā)現、提取和分析方面具有獨特優(yōu)勢。OCT技術以其三維高分辨斷層成像能力，拓展現有的物證檢驗手段和能力，得到越來越多法庭科學研究者們的關注，顯示出廣闊的應用前景。本文介紹了OCT技術的概念、原理、技術手段和類別，綜述了利用OCT技術進行法庭科學研究的報道，列舉了OCT技術在指紋顯現增強、假幣鑒別、油畫鑒定、紋身鑒別、血斑分析、死亡時間推斷、槍彈檢驗等方面的應用。相信其在物證檢驗實踐中將顯示出重要的作用。

法庭科學；刑事影像技術；光學相干斷層成像

光學相干斷層成像技術（optical coherence tomo graphy， OCT）是20世紀90年代初發(fā)展起來的無損、高分辨、非侵入式的成像技術［1］，是利用生物組織散射光相干原理成像的介觀（微米尺度）活體組織高分辨率成像和觀測手段。它的原理類似于超聲成像，不同之處是它利用的是光，而不是聲音。該技術具有以下特點：（1）無損性。由于其探測樣品的背向散射光，所以無需對樣品進行切割采樣等任何預處理。（2）斷層成像。由于使用近紅外光和相干探測方法，OCT成像技術還可得到樣品的斷層信息。相比傳統的顯微成像，OCT技術拓展了成像維度，進一步得到了深度方向圖像。（3）高分辨率。OCT技術結合了半導體和超快激光技術，利用超靈敏探測、精密自動控制和相干選通門等方法，通過計算機數字信號和圖像處理，得到反映樣品的微米量級精細結構和功能圖像。（4）易小型化。OCT技術還可以進行光纖化，做成細小的光學探測裝置，實現便攜化和小型化。相比其它成像技術，如超聲成像（ultrasonic imaging，UI）、核磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）、X-射線計算機斷層（X-ray computed tomography，CT）等，OCT技術具備比較高的分辨率（微米級），同時，與共聚焦顯微（confocal microscopy）等超高分辨技術相比，OCT技術又具有較大的斷層成像能力。OCT技術填補了這兩類成像技術之間的空白。

OCT技術首次發(fā)表于1991年的Science雜志，美國麻省理工學院的Huang等［1］搭建的OCT系統得到了離體人眼視網膜圖像。該系統采用了830 nm中心波長的寬帶光源，縱向分辨率達到15 μ m，由此成為OCT領域的奠基性工作。技術指標上看，目前OCT技術的分辨率水平一般在1～20 μ m，成像深度一般可達幾毫米，成像速度可達實時二維成像，最快可達實時三維成像。OCT技術最早和最成熟的應用是在醫(yī)學成像領域。1993年，Fercher等得到了世界上第一幅在體視網膜OCT圖像［2］。到1996年，第一臺商用的眼科OCT系統在美國Carl Zeiss Meditec公司誕生，目前眼科OCT檢測已成為十分普及的檢測項目，在對青光眼等眼科疾病的診斷上發(fā)揮了重要作用。在過去十幾年里，OCT技術還與光纖技術和內窺技術結合，應用擴展到了胃腸道、皮膚、肺部、腎臟、心血管等人體器官成像領域。許多疾病的演變，例如胃腸道癌癥的演變，都會在組織內表皮、粘膜等部位發(fā)生形態(tài)或結構的變化，而這些變化在傳統的內窺鏡下是無法察覺的，OCT技術以其高分辨、高速、斷層成像的特點為疾病診斷提供了一種強有力的工具，依靠OCT技術獲取的高分辨率圖像有望實現疾病的早期診斷并給出相應的治療方案。OCT技術在生物醫(yī)學領域有著深入而廣泛的應用，隨著技術的進一步發(fā)展，它逐漸在材料科學、工業(yè)檢測、藝術品甄別、植物學、數據存儲、安防、法庭科學等非生物醫(yī)學領域也開始出現相關研究，顯示出其廣闊的應用前景。本文將重點介紹其在法庭科學領域的應用情況。

1 OCT 技術手段與種類

OCT技術發(fā)展至今，形成了多種技術手段和技術類別。本部分將簡要介紹各種OCT技術手段的原理和特點。

1.1 時域OCT（time domain OCT，TD-OCT）

早期的OCT系統大多采用了時域OCT的設計，即通過掃描參考臂的光程，達到沿著深度方向掃描樣品的目的。圖1為時域OCT原理圖，主要由光源、邁克耳遜干涉儀、信號探測與處理這幾個部分組成。從寬帶光源（帶寬越寬，分辨率越高）發(fā)出的光經過光纖耦合器分為兩部分，一部分進入參考臂，經過平面鏡反射后返回，另一部分經過掃描振鏡和物鏡后聚焦到樣品中，樣品的背向反射和散射光又沿原光路返回。當參考臂和樣品臂的光程差在光源的相干長度范圍內時，從參考臂和樣品臂返回的光將發(fā)生干涉，干涉信號將被光電探測器檢測轉換為電信號被記錄下來。因此，當參考臂的光程發(fā)生變化時，系統所檢測到的樣品信號也將來自樣品的不同深度，這樣就實現了樣品深度方向的一線掃描（Z方向），也稱A-scan。樣品橫向的掃描則是通過樣品臂的掃描振鏡實現。當掃描振鏡產生一維振動時，可以得到二維OCT圖像，也稱B-scan；當掃描振鏡產生二維振動時，可以得到三維OCT圖像［3］。由于參考臂的前后掃描，干涉信號實際是受到一定頻率的調制，所以還需要經過解調、濾波、放大等信號處理變成最后顯示的圖像。由于需要在參考臂引入光程掃描，這始終限制了時域OCT的成像速度。

圖1 時域OCT原理圖Fig.1 Typical confi guration of TD-OCT system

1.2 頻域OCT（spectral domain OCT，SD-OCT）

頻域OCT在近年來漸漸取代了時域OCT，其無需在參考臂中進行光程掃描，直接一次性獲取A-scan，成像速度極大提高。頻域OCT的參考臂無需掃描，它一次性采集某一橫向位置深度方向的干涉光譜信號，也就是頻域信號。深度方向的時域信號就編碼在這個光譜里。每一個A-scan實際就對應一個干涉光譜，對光譜做傅里葉變換即可恢復出時域信號。頻域OCT省去了傳統時域OCT當中深度掃描的時間，極大提高了成像采集速度。獲得干涉光譜目前主要有兩種方法，一種是基于光譜儀，另一種是基于掃頻光源。前者稱之為光譜頻域OCT（spectral domain OCT，SD-OCT），后者稱之為掃頻OCT（swept source OCT，SS-OCT）。SD-OCT是通過一個基于光柵和透鏡的光譜儀，將干涉信號分光再聚焦到線陣電荷耦合元件（charge-coupled device，CCD）上獲得干涉光譜的。SS-OCT則是通過采用一個輸出波長隨時間高速掃描的掃頻光源，再通過探測器記錄下每一波長的信號進而得到干涉光譜。

1.3 全場OCT（full-field OCT，FF-OCT）

時域OCT 與頻域OCT 技術掃描的是與光波的入射方向平行的縱向截面， 因此這些技術被稱為縱向掃描式OCT（cross-sectional OCT），而全場OCT技術掃描的則是與光波的入射方向垂直的橫向截面，因此就被稱為橫向掃描式OCT（en-face OCT）。全場OCT技術采用了開放式光路及對整個視野的面照明方式，并利用并行探測器—二維CCD 直接對樣品的二維橫向截面進行了斷層成像，深度方向信息則通過樣品臂的Z 方向掃描得到。“全場”二字就來源于其面照明。面照明和并行探測技術的結合，使得只需掃一維即可獲取三維信息，從而大大簡化成像系統，也降低了成像所需時間。同時，由于采用了超寬帶光源，全場OCT是一種超高分辨率的成像技術，其縱向分辨率可達到1μm甚至亞微米級。有研究者報道了不同深度處洋蔥皮的全場高分辨OCT圖像［4］，從中可以清晰看到洋蔥細胞結構，該全場OCT系統的縱向分辨率2.8μm，橫向分辨率0.7μ m。

1.4 功能OCT

上述時域OCT和頻域OCT是根據光學散射性質的不同區(qū)分出各種組織和結構。然而，在很多時候，組織之間的散射系數區(qū)別不是很大，因此導致圖像上無法區(qū)分。為此，科學家們研發(fā)出了很多功能拓展型OCT 技術，使得除了傳統OCT 技術所能得到的背向散射強度信息外，還可以獲取和量化其他有用的信息。

1.4.1 偏振敏感OOCCTT（polarization-sensiittiivvee OOCCTT，PPSS--OCTOCT）

PS-OCT是通過兩組探測器分別探測干涉光在相互垂直的兩個偏振方向信號的幅度和相位，然后計算Stokes矢量和穆勒矩陣，從而得到樣品的偏振信息。該技術結合了對偏振信息的探測，可得到組織結構的雙折射、旋光等與偏振相關的信息，豐富和增強了可獲取的信息。偏振敏感OCT已經在很多生物組織中得到了應用，如皮膚、骨骼、食道、牙齒等。在醫(yī)學上，偏振敏感OCT常被用來評估皮膚的燒傷程度［5］，皮膚含有一種膠原質，是一種雙折射材料，遇到高溫會失去雙折射特性，因此燒傷的皮膚和正常皮膚的偏振敏感OCT圖像將會有差異。

1.4.22 多普勒OOCCTT（Dopppplleerr OOCCTT，OODDTT）

通過測量從移動樣品中反射回來的光的多普勒頻移，可以計算樣品移動的速度。根據這一原理，研究者們開發(fā)出了多普勒OCT，用來測量血流或其它液體流動的速度。將其與結構成像OCT結合，可以同時得到樣品的強度信息和流速信息。多普勒OCT技術不僅可以得到強度圖像，更重要地是可以檢測出血管位置（包括流速等信息），描繪出眼底的血管分布圖［6］。

1.4.3 光譜.3 OCTOCT（spectroscopiccopic OCTOCT，S-OCTS-OCT）

由于采用了寬帶光源作為照明，因此從樣品返回的光信號也攜帶了樣品的光譜信息，利用短時傅里葉變換（short-time Fourier transform，STFT）可得到OCT縱向一線的時頻分析圖，根據時頻分析圖，可以研究樣品對特定波長的光的吸收或散射性質。與光譜成像（spectral imaging）技術相比，光譜OCT技術不僅可以得到表面光譜圖像，還可以得到斷層光譜圖像，即樣品深度方向橫截面的光譜圖像，用以增強OCT圖像的對比度［7］。光譜OCT技術很好地反映了組織內物質的光譜吸收和散射性質差異。

1.4.4 彈性成像OCTOCT（opticaltical coherencerence tomographicaphic elastographyraphy，OCEOCE）

外力會導致樣品發(fā)生變形，不同物質的楊氏模量（彈性）不同，對外力的響應（產生的位移）也不同，測量這些物質對外力的響應。即可獲取其力學性質，達到區(qū)分不同物質的目的，彈性成像也是OCT技術的一種重要的功能拓展。樣品中有嵌入物時，由于嵌入物和周邊材料的力學性質不同，當對樣品施加外力作用時，嵌入物和周邊材料的位移量將產生差異［8］，可以清晰地從位移圖中看到嵌入物的形態(tài)。彈性成像OCT技術可用來區(qū)分具有不同力學性質的物質。

2 OCT 技術在法庭科學領域的應用

隨著法庭科學研究的不斷深入，物證檢驗技術正朝著低損、快速、高精度的方向發(fā)展。光學影像技術是重要的物證檢驗手段之一，在物證的快速搜索、發(fā)現、提取和分析方面具有獨特優(yōu)勢。OCT技術作為一種新型成像手段，具有三維高分辨斷層成像能力，將大大拓展現有的物證檢驗手段和能力，在法庭科學領域也開始得到越來越多研究者們的關注。

2.1 OCT 無損斷層成像能力的應用

OCT技術是一種無損斷層成像技術，不僅可以獲取樣品表面信息，更可以穿透樣品，獲取樣品內部的信息。這一特點極大拓展了光學檢驗的范圍，可為案件偵查提供更全面、更豐富的信息。

2.1.1 潛指紋和偽指紋成像

隨著指紋越來越多的被人們所認識，很多犯罪分子作案時會有意減少指紋的現場遺留，目前實際案件中較難采集到條件較好的指紋，提取到的大多是條件較差的潛指紋。而其對比度低、變化大、面積小、特征少且不穩(wěn)定， 給檢驗工作帶來了很大困難。提取潛指紋的方法目前仍采用熏顯或紫外照相等方法，這些方法一是容易破壞原始指紋物證，二是操作繁瑣精度不高。另一方面，也越來越多地出現偽造的指紋，給安防領域造成不小的困擾。所以在世界范圍內， 指紋，尤其是潛指紋和偽指紋的顯現，成為一個被重點關注的研究課題。利用OCT技術實現指紋的斷層信息提取，具有獨特的優(yōu)勢。這方面，國內外有許多研究小組進行了相關研究。OCT指紋成像無需對樣品做任何預處理即可獲得高分辨率的指紋圖譜，且對低反射率基底上的潛指紋提取依然有效。Dubey等將全場OCT與掃頻OCT技術結合，對潛指紋進行了OCT成像研究［9，10］，將OCT獲得的潛指紋某深度方向圖像與合適光照條件下高分辨相機拍攝的潛指紋圖對比，兩者吻合度較高，證明OCT成像真實反映了樣品原貌。OCT技術對于一些對比度不高的指紋痕跡也有較好地成像效果。鮑文等報道一種基于頻域OCT 相位信息提取光滑物體表面遺留指紋的方法［11］。利用希爾伯特（Hilbert） 變換提取干涉光譜的相位信息， 并經相位解包裹等處理， 得到指紋的“高度” 信息，從而實現指紋的顯現。

雖然指紋具有個體特異性，但是由于傳統的指紋采集只得到一幅二維圖像，可能存在偽造的情況。OCT的斷層成像特點則可以很快區(qū)分指紋的真?zhèn)?。Meissner等報道了利用掃頻OCT技術鑒別指紋真?zhèn)蔚墓ぷ鳎?2］，從斷層圖中可以清晰分辨和區(qū)分真假指紋。類似的偽指紋識別成像報道還有許多［13，14］。

2.1.2 假幣鑒別

目前的假幣鑒別大多僅僅利用了紙幣的表面信息，事實上，還有很多信息隱藏在紙幣表面以下，對這些信息進行偽造的難度更大，因此利用OCT技術對這些紙幣進行斷層成像提取潛在信息，可以大大提升假幣鑒別的水平。韓國學者Choi等人將全場OCT技術應用于假幣的鑒別［15］。見圖2，該圖顯示了韓元的OCT斷層圖像，可以明顯看到其分層結構。另外，如箭頭區(qū)域所示，還可以觀察到箭頭所示的包埋在該區(qū)域的點狀空隙這一特征。這些特征均可以用來鑒別紙幣真?zhèn)巍?/p>

圖2 利用全場OCT對韓元紙幣進行鑒別。（a）紙幣表面OCT圖像；（b）A線所示的二維斷層OCT圖像；（c）B線所示的二維斷層OCT圖像［15］。Fig.2 The counterfeit banknote examination by FF-OCT.The section of the Korean peninsula map （N） and the stripe of four trigrams （T）are clearly visible in three-dimensional FF-OCT image of the hologram in （a）.Cross-sectional （XZ） FF-OCT images of the hologram are indicated as the line A in （b） and the line B in （c）， respectively.White scale bar （horizontal） is 0.1 mm［15］.

2.1.3 油畫鑒定

按照傳統方法使用畫架作油畫，需要畫很多層，涂層可能包括畫的輪廓、畫作本身、半透明釉彩涂層，以及最終的透明清漆等。專家會利用各種技術來探究畫作的內部，來發(fā)現畫作各部分的先后順序及變化，比如偽造的簽名和其它對原畫的更改。但是傳統的鑒別方法可能對作品材質產生損傷，或者靈敏度不足以發(fā)現微小的細節(jié)。波蘭的Targowski等學者利用OCT技術實現了對油畫作品的無損探測［16］，用OCT技術分析了18～19世紀的2幅油畫，發(fā)現其中一幅畫 “Saint Leonard of Porto Maurizio”的題詞 “St.Leonard” 是在畫作完成后若干年才添加上去的。另一幅畫“Portrait of an unknown woman”中，通過對OCT圖像進行分析，該研究分析認為也可能存在偽造畫家簽名的問題。這個例子說明OCT技術的斷層成像能力在文件檢驗領域也可以發(fā)揮重要作用，因其可以穿透一定深度的樣品，發(fā)現顯微鏡無法觀察到的斷層結構。

2.1.4 紋身鑒別

隨著時代的發(fā)展，越來越多的年輕人熱衷于在自己身上紋身以彰顯個性。紋身也逐漸成為人身體的一個重要特征。對紋身的鑒別和研究，可以在一定程度上縮小偵查范圍，甚至實現個體識別。紋身是用針刺入皮膚內部注入顏料，而在皮膚上制造一些永久性的圖案或文字。顏料分布于皮膚內表面真皮層，因此適合利用OCT這種斷層成像技術進行研究。無紋身的正常皮膚可以清晰分辨表皮層和真皮層的分界面，有紋身的區(qū)域往往會出現一些暗結構，這是紋身顏料的聚集導致［17］。由于黑色的紋身顏料對光有很強吸收，因此有紋身皮膚的OCT圖像深度較無紋身的區(qū)域更淺。根據這些紋身的形態(tài)或光學性質，可以將紋身作為一種個體識別特征進行鑒別和比對分析，更進一步可以根據紋身的特性進行紋身溯源，縮小排查范圍。

2.2 OCT三維高分辨成像能力的應用

OCT的三維高分辨成像能力，可以實現對一些檢材的高質量成像和定量分析，直觀精確地反映檢材的屬性和特征。

2.2.1 多層信息提取和分離

快速三維成像可得到樣品內各個深度的橫截面圖像，而高分辨率則保證了更精確的層析能力和更清晰的橫截面圖像。當樣品是由多層物質混雜在一起時，三維高分辨OCT技術可用來實現目標物質信息提取，并剝離背景干擾。全場OCT技術就是一種三維高分辨成像技術。Chang等人利用全場OCT實現多層信息的分層提?。?8］，見圖3，兩層文字和兩層指紋疊加在一起，相機拍攝的照片見圖3 （b），四層物質幾乎無法分辨，由于高分辨的斷層成像能力和三維成像能力，OCT提取到的各層信息見圖3（c）～（f），它不僅區(qū)分了兩層不同的文字，更區(qū)分出了兩枚先后重疊在一起的指紋，進一步顯示了OCT在區(qū)分不同層物質方面的重要作用。由于高分辨OCT具有分層橫截面成像的特點，它還可以用來鑒別物質附著的先后時序，例如，針對地面上鞋印和血跡的混合檢材，區(qū)分兩者附著在地面的先后順序對于確定嫌疑人具有重要價值；在文件檢驗領域，也可以區(qū)分印章和文字的時序。

圖3 全場OCT實現多層信息的分層提?。?8］。（a）四層物質疊加示意圖；（b）拍攝實物圖；（c）第一層文字OCT圖；（d）第二層文字OCT圖；（e）第三層潛指紋OCT圖；（f）第四層潛指紋OCT圖。Fig.3 Four-layered tomography extraction［18］.（a） 4-layer sample；（b） directly reflected image of （a）； （c） OCT images of the first layer； （d） OCT images of the second layer； （e） OCT images of the third layer； and （f） OCT images of the fourth layer.

2.2.2 樣品信息的定量分析

2013年Laan等人在Journal of Forensic Sciences上報道了他們對犯罪現場血斑的OCT成像研究［19］，即利用OCT技術對落在不同基底上的血斑進行三維成像，并據此直接測量了相應基底下血斑的體積，而不再根據血斑的重量推算。根據此方法，該研究還進一步獲取了干血和新鮮血的體積比，從而可以根據犯罪現場的干血痕跡體積推斷原始新鮮血斑的體積等信息，為偵查提供重要線索。見圖4，（a）圖是新鮮血和干血的二維OCT圖像，（b）圖是新鮮血和干血的三維OCT圖像。利用OCT技術測量新鮮血斑落在規(guī)則平面基底和非規(guī)則基底的體積，誤差分別為2%和4%。利用OCT三維高分辨成像能力實現血斑體積、濺射角度、形貌等信息的定量分析，對于判斷案發(fā)時間、推斷案情具有重要價值。另外，結合毒物分析技術，還可以獲取血液中毒物濃度等信息，為案件偵查提供有價值的信息和線索。從以上可以看出，三維高分辨OCT技術不失為一種有效的、新型的定性分析技術手段，可以為偵查提供直接、及時、較準確的信息。

圖4 OCT血斑成像［19］。（a）新鮮血斑和干血的二維斷層OCT圖像；（b）新鮮血斑和干血的三維OCT圖像。Fig.4 OCT imaging of bloodstain［19］.（a） cross-sectional OCT images of a fresh and a dried blood drop consisting of 250 A-scans；（b） 3D OCT images of a fresh and a dried blood drop.

2.2.3 多生物特征融合成像

OCT技術的三維高分辨能力還可以實現多生物特征融合高分辨成像。Liu等人利用多普勒高分辨OCT技術獲得了人的手指內表層的毛細血管、汗管分布，并結合指紋圖，得到手指的血管指紋合成圖譜［20，21］，從而可以進行個體特征識別。見圖5［20］，三維高分辨OCT技術可以對手指皮膚內部乳頭層結構進行成像。由于乳頭層結構圖樣與表面指紋結構圖樣一致，故利用OCT技術可以避免手指表皮指紋磨損、偽指紋等的干擾，獲取真實的指紋信息。另一方面，三維高分辨OCT技術不僅可以得到指紋圖樣，還可以得到血管、汗管等器官結構在手指內部的分布信息，這些細節(jié)特征信息相互融合，將可以極大提升生物特征個體識別的準確率。

圖5 OCT手指成像［20］。（a）手指三維OCT圖；（b）表皮層OCT強度圖；（c）真皮層OCT強度圖；（d）c圖紅線處OCT斷層二維圖；（e）真皮層血管分布圖；（f）全深度血管分布圖；（g）汗管、血管分布圖；（h）汗管、血管、指紋結構分布圖。Fig.5 OCT imaging of fi nger tip［20］.（a） the 3D image rendering of the OCT-viewed structure； （b） the maximum intensity projection （MIP）image for the epidermic layers； （c） the en-face OCT image of the dermal papilla region beneath the tissue surface； （d） an OCT image along the red dotted line in （c）； （e） the MIP vascular pattern around the dermal papilla region； （f） the MIP holo-depth vascular pattern； （g） overlayed en-face images of sweat pores and capillary loop vasculature （450～630 μm）； and （h） overlayed en-face images of sweat pores， capillary loop vasculature and structure.

2.2.4 超高分辨率毛發(fā)成像

前面提到，全場OCT由于采用了超寬帶光源，是一種超高分辨率的成像技術，其縱向分辨率可達到1 μm甚至亞微米級。頭發(fā)是法庭科學領域一種重要的檢材，其中蘊含或附著諸多個體特征信息。如圖6所示為不同深度處人的頭發(fā)的全場OCT圖像［22］。該全場OCT系統的縱向分辨率0.8 μm，橫向分辨率0.4 μm，圖中可以清晰觀察到頭發(fā)的精細結構。

圖6 人體黑色頭發(fā)在不同深度的全場OCT橫截面圖像［22］。（a）表面；（b）深度4 μm；（c）深度6 μm；（d）深度7 μm。Fig.6 En-face （XY） OCT images of human scalp black hair shaft［22］.（a） surface， （b） at 4 μm depth， （c） at 6 μm depth， and （d） at 7 μm depth.

2.3 OCT技術的其他應用

2.3.1 尸體死亡時間推斷

有研究者還將OCT技術應用到死亡時間推斷中。尸體死亡時間是案件偵查的重要線索。在法醫(yī)學上，一種推斷死亡時間的方法是通過解剖尸體中尸蛹，觀察其形態(tài)，得到其年齡，從而精確推斷尸體死亡時間。但是，這些方法有損且繁瑣。Brown等就利用OCT技術觀察活體尸蛹的形態(tài)變化［23］，結果顯示，4天的尸蛹與10天的尸蛹在形態(tài)上有明顯區(qū)別，文章指出，該方法可用來推斷尸體死亡時間。

2.3.2 非接觸式槍彈檢驗

利用最先進的VCSEL-OCT技術，還可以實現非接觸大成像深度成像［24］，圖7是掩埋在凝膠中的不同類型子彈及其OCT圖像，從橫截面OCT圖像中還可分辨出刻在子彈上的文字標記。該技術以犧牲一定分辨率換取較大的成像范圍，在一些被掩埋的物證信息提取，例如槍彈、爆炸物檢驗等方面有潛在應用。

圖7 掩埋在凝膠中的不同子彈OCT圖像［24］。（a） 掩埋在凝膠中的不同子彈實物圖；（b） 掩埋在凝膠中的不同子彈三維OCT及橫截面圖像； （i） 9 mm 子彈；（ii）5.56 mm子彈。Fig.7 Imaging of bullets in a gelatin phantom［24］.（a） photographs of the phantom； （b） 3D reconstruction of volumetric OCT and en-face images （right） of the bullets.（i） 9 mm bullet； （ii） 5.56 mm rifl e bullet.

3 結論和展望

目前，OCT技術在生物醫(yī)學領域得到了較為廣泛的應用，但在法庭科學領域的應用還較少，仍有待進一步開發(fā)研究。前面所述的一些研究工作已經表明OCT技術在一些物證的檢驗中具有獨特的優(yōu)勢，作為一種新型成像技術，它在法庭科學領域將具有很好的發(fā)展前景：（1）無損探測手段。OCT技術采用低功率的近紅外光作為探測光源，無需接觸，對樣品幾乎無損，減少潛在的污染危險，這對司法訴訟活動和證據的有效性具有重要意義。（2）斷層成像能力。常規(guī)光學檢驗手段，如顯微技術、偏振光照相技術、光譜成像技術等，只得到樣品表面的圖像信息，尚無法獲取樣品深度方向的信息。獲得樣品深度信息一般要依靠切片，這樣就對樣品產生了損傷。而OCT技術可以無損地獲取樣品的空間三維圖像，其拓展了深度這一新的維度，直觀地觀察到樣品內部的情況。一般地，凡是可以應用常規(guī)光學檢驗手段的地方，OCT技術也同樣適用，例如指印、血斑、纖維、油漆、皮膚等。OCT的斷層成像能力主要取決于樣品的性質以及光在樣品中的穿透深度，波長越長，穿透深度也越深，例如，1310 nm波段的OCT系統對人體皮膚的成像深度大約為1～2 mm。未來，為了得到樣品更深層的信息，就需要采用波長更長的光源，例如短波紅外OCT技術，甚至太赫茲CT技術。（3）微米級的高分辨能力。為了獲取更精細更高質量的圖像和信息，高分辨成像必不可少。OCT技術的縱向分辨率取決于光源的相干長度，橫向分辨率取決于物鏡數值孔徑。寬譜帶低相干光源的相干長度極短，因此可以達到較高的縱向分辨率。全場OCT技術可以達到縱向分辨率＜1μm的水平，即細胞級別的分辨率。高分辨成像使得高精細定量分析樣品成為可能，使許多隱藏在樣品內的信息得以被發(fā)現。（4）高速成像能力。超高速的OCT系統可以達到100 kHz以上的線掃描成像速度，也即可以達到實時三維掃描成像。也就是說，通過超高速OCT技術，可以實現樣品三維圖像的視頻速度采集，這意味著OCT技術可以大大提高檢驗分析效率；另一方面，為保證較高的分辨率，目前的OCT系統大多成像視場較?。◣灼椒嚼迕祝捎谄涓咚俪上衲芰?，還有望通過將多個視場圖像拼接以實現大視場大范圍成像探測。（5）各種功能性拓展成像。OCT技術可以與多普勒技術、光譜技術等結合，實現從獲取單一的結構信息，向獲取物質運動特性、雙折射性質、光譜性質、力學性質等復合功能信息擴展，增強了OCT圖像中不同物質成分的對比度，極大地提升了OCT技術的檢驗能力，有助于實現定性定量檢驗和研究。（6）小型化趨勢。隨著光纖技術、集成工藝的不斷進步，OCT技術也朝著便攜化、小型化方向發(fā)展，這意味著OCT技術有望在犯罪現場對物證信息進行快速實時提取和分析，提高現場勘查技術能力和水平。

當然，OCT技術也有其局限性。首先，它的穿透能力有限，對皮膚等不透明或半透明介質只有幾毫米的成像深度，但是對于透明介質如玻璃、眼睛等，可以達到幾厘米成像深度；其次，相比掃描電子顯微鏡、共聚焦顯微鏡等手段，盡管它的操作更簡單，成本更低，但分辨率還不及，無法對亞微米或納米級的極微量物證進行檢驗分析，光譜OCT技術的光譜分辨率和光譜范圍也不及高光譜成像技術；第三，目前還沒有專門針對物證檢驗的OCT系統，有待進一步研究開發(fā)。盡管如此，OCT以其獨特的優(yōu)勢，有望成為一種具有廣闊應用前景的光學檢驗技術。法庭科學中，物證檢材類別多、跨度大、形式多樣，需要結合多種檢驗技術和手段，共同探索其中的奧秘。OCT技術作為下一代光學檢驗技術之一，相信將在物證檢驗實踐中顯示出重要而積極的作用。

致謝：感謝王桂強研究員對本文提出的寶貴意見和建議。

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引用本文格式：張寧， 黎智輝， 許小京.光學相干斷層成像檢驗技術 ［J］.刑事技術， 2015，40（5）:409-416.

Optical Coherence Tomography: Principles and Applications in Forensic Science

ZHANG Ning， LI Zhihui， XU Xiaojing
（Institute of Forensic Science， Ministry of Public Security， Beijing 100038， China）

ABATRACT: Optical coherence tomography （OCT）， an imaging system very similar to ultrasound by use of light instead of sound， is an emerging technology for non-invasive， high resolution and cross-sectional imaging based on low-coherence interferometry.In the past， OCT has been widely applied in medical imaging， especially in ophthalmology， cardiology，dermatology and gastrointestinal observation.Yet， it s ability to provide three-dimensional tomographic images is also rendering it attractive for applications beyond the medical.In practice， the forensic imaging technology plays an important role in searching， extracting and analyzing the evidence with merits of non-invasiveness， high speed and high precision.Thus OCT， competent to explore the internal features of an object with micro-meter resolution， will greatly expand the scope of current evidence examination technology， showing a broadly applicable prospect.In this review， we will introduce the basic concepts， principles， categories of OCT technology and a detailed introduction of the so far presented OCT-based methods and applications， ranging from fi ngerprint imaging， counterfeit banknote detection， easel painting examination， tattoo inspection，bloodstain volume determination， post-mortem interval and bullet imaging.Owing to the characteristic of non-invasive and cross-sectional imaging， OCT is able to detect artifi cial fi ngerprint， counterfeit banknote， forgery painting and tattoo.Besides，capable of 3D high resolution imaging， OCT can provide promising applications in high quality imaging and quantitative analyzing， including multi-layer tomography extraction， determination of the volume of bloodstain in the crime scene， image obtainment of the human hair with ultrahigh resolution， estimation of the post-mortem interval and non-contact examination of bullets.Furthermore， OCT techniques have many other advantages as an advanced imaging method with high potential for future forensic applications， for example， the use of near infrared light enabling the non-invasive and non-contact imaging of sample to keep the integrality and authenticity of evidence.Meanwhile， the ability to realize 3D high-resolution cross-sectional imaging will reveal more precise information for sample to authenticate and identify.Moreover， OCT， via extracting different properties such as the spectrum， elasticity and polarization， can achieve diversifi ed functional imaging to further improve the image contrast in demonstrating its appropriateness for forensic imaging.

forensic science； forensic imaging； optical coherence tomography

DF793.2

A

1008-3650（2015）05-0409-08

10.16467/j.1008-3650.2015.05.015

中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務費項目（No.2015JB012）

張 寧（1988—），男，江西吉安人，助理研究員，博士，研究方向為光學檢驗。 E-mail: zhangning@cifs.gov.cn

2015-05-26