易靖雯

摘 要：文章主要闡述了光學(xué)相干層析技術(shù)作為一種有別于其他層析成像技術(shù)的新型技術(shù)手段，具有快速、實(shí)時(shí)、無損等特點(diǎn)。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(jìn)行解調(diào)、濾波和放大后成像。文章主要從光學(xué)相干層析技術(shù)的背景、定義、原理及其在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用和未來的發(fā)展方面進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：光學(xué)相干層析技術(shù)；相干光；成像

生物醫(yī)學(xué)影像可以借助十分直觀而具體的狀態(tài)向展示物體中的框架體系、構(gòu)成成分以及其他作用，給醫(yī)療判斷以可靠的根據(jù)，且持續(xù)促進(jìn)臨床醫(yī)療的進(jìn)步。這些年來，生物醫(yī)學(xué)成像科技獲得了很大的進(jìn)步，其通過把各種能量當(dāng)成載體，對生物體中檢驗(yàn)?zāi)繕?biāo)發(fā)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(xù)進(jìn)行切換，像汲取、傳遞以及發(fā)射等等，把帶有生物體內(nèi)框架式數(shù)據(jù)以及功能性數(shù)據(jù)。借助勘探設(shè)備，此類數(shù)據(jù)可以進(jìn)行提煉、加工以及重塑之后變成各類影像信息，然后再進(jìn)行操作，通過影像方式展示出來，成為人們開展醫(yī)療領(lǐng)域的探索。

1 光學(xué)層析成像技術(shù)的產(chǎn)生背景

醫(yī)學(xué)影像在現(xiàn)在醫(yī)學(xué)中扮演著重要的位置，很多光學(xué)技術(shù)在醫(yī)院的放射科得以應(yīng)用，這些技術(shù)也為現(xiàn)代人類帶了重大的改變?，F(xiàn)在在醫(yī)療方面普及的光學(xué)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(gè)組織器官過程中，其會被吸收的狀態(tài)存在差異，因此抵達(dá)膠片的X射線也有多有少，會產(chǎn)生黑白比較存在差異的圖像，進(jìn)而區(qū)分人體的各個(gè)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(xiàn)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(xué)物質(zhì)（锝99）注射到體內(nèi)，在骨代謝區(qū)域吸收增加，在圖像上呈現(xiàn)不一樣的顏色，判斷病理部位。其缺點(diǎn)是應(yīng)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(xué)特性的不同，從而動態(tài)顯示器官的大小和形狀。其缺點(diǎn)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(qiáng)磁場的作用下接受特定射頻脈沖，發(fā)生共振現(xiàn)象，系統(tǒng)通過接收到共振信號并經(jīng)計(jì)算機(jī)重建得到圖像。缺點(diǎn)是樣品進(jìn)行檢測時(shí)，要求高，不能有任何金屬物質(zhì)，用超導(dǎo)磁進(jìn)行檢測，成本高。

以上技術(shù)都屬于侵入式醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，因?yàn)樵卺t(yī)學(xué)影像領(lǐng)域技術(shù)上的某些缺點(diǎn)和應(yīng)用上的不足，產(chǎn)生了光學(xué)相干層析成像技術(shù)（Optical Coherence Tomography，OCT），OCT有以下優(yōu)點(diǎn)：可長時(shí)間探測，不會對生物組織造成傷害；對早期腫瘤進(jìn)行探測并判斷其性質(zhì)；光學(xué)成像方法分辨率高；其技術(shù)提供了機(jī)體化學(xué)物質(zhì)光譜探測的可能性，高探測靈敏度，檢查快速、方便，所以O(shè)CT技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

2 光學(xué)相干層析成像技術(shù)的定義

從其名稱上來理解，OCT使用近紅外光掃描，產(chǎn)生高分辨率的組織顯微圖像。Optical—光學(xué)，指光的或和光相關(guān)的；Coherent light—干涉，即指光波之間相互作用的結(jié)果；Tomography—層析成像，即為產(chǎn)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(xiàn)影像。光在樣品中被散射，接著經(jīng)過操作，得到分辨率高的影像以研究內(nèi)部的具體框架，有生命的，不用物理接觸。像在口腔OCT的運(yùn)用部分而言，觀察光到達(dá)口腔，接觸口腔黏膜，借助得到口腔內(nèi)各組織界面反射的組織厚度以及距離數(shù)據(jù)，然后復(fù)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(yàn)的視網(wǎng)膜的橫斷面的狀態(tài)，借助此截面反映出的亮度、厚度、灰階的狀況以表現(xiàn)被檢驗(yàn)部分的病理狀態(tài)。

假設(shè)影像上是紅白色的，那么說明是最強(qiáng)反光，是對光的反射以及反向散射相對高的部分；表現(xiàn)出藍(lán)黑色，那么說明是最弱反光，反映的是光的反射性不強(qiáng)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(chǔ)光與從生命體內(nèi)散射的指令光間的影響，就生命體中的微結(jié)構(gòu)逐點(diǎn)加以檢驗(yàn)，通過光電勘探設(shè)備獲取的不太強(qiáng)的指令借助濾波、擴(kuò)大之后成像。在分析它的成像原理中，有3個(gè)十分重要的部件。

3.1 低相干技術(shù)光的干涉

人們將原子的平均不間斷發(fā)光時(shí)間的間隔被稱作相干時(shí)間，光在相干時(shí)間里面經(jīng)過的長度名叫相干長度，相干長度還能夠被認(rèn)為是影響指令在最大值一半部分相應(yīng)的光程差，對應(yīng)的光借助相干長度所需的時(shí)長即所謂相干時(shí)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(nèi)才可以實(shí)現(xiàn)影響。為了確保得到的影像在深度軸部分的分辨率，光學(xué)相干成像科技借助相干長度補(bǔ)長的低相干光源，進(jìn)而確保僅有從散射介質(zhì)內(nèi)相對薄的部分反射的光能夠?qū)A(chǔ)光產(chǎn)生影響。

出于實(shí)現(xiàn)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?yàn)槿绱双@取的兩波列是一個(gè)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(jìn)而能打造比較可靠的干涉場。

3.2 光電探測系統(tǒng)

光電探測系統(tǒng)即是把系統(tǒng)中的光信號轉(zhuǎn)化成電信號.光學(xué)相干層析成像技術(shù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

從圖1能夠發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)關(guān)鍵在于邁克爾遜干涉設(shè)備，基礎(chǔ)臂是當(dāng)成精密掃描的借鑒反射設(shè)備，進(jìn)而獲取基礎(chǔ)光；樣品臂是位于待檢驗(yàn)的組織樣品。光源產(chǎn)生的近紅外寬帶低相干光，借助光隔離設(shè)備達(dá)到義光纖藕合設(shè)備，其中光隔離設(shè)備具有平穩(wěn)光源功能?？梢苑乐够毓飧蓴_光源的導(dǎo)出功率。低相干光進(jìn)入光纖藕合設(shè)備后分成兩束光后，然后光通過準(zhǔn)直鏡后投射于快速掃描光學(xué)延長線上，然后反射生成基礎(chǔ)光，還有一邊光借助透鏡經(jīng)共焦系統(tǒng)匯聚于樣品部分，反射、散射后形成指令光，基礎(chǔ)光和指令光通過光纖耦合設(shè)備融合生成影響指令。影響指令被分離后借助兩個(gè)耦合設(shè)備，各自入射至兩個(gè)差不多的光電勘測設(shè)備光敏面。兩路指令電流進(jìn)入勘測線路，在擴(kuò)大差分、濾波之后通過采集卡獲取信息，傳遞至計(jì)算機(jī)設(shè)備操作，最終生成影像。因?yàn)閷拵Ч庠吹南喔砷L度不是很長，僅指令光和基礎(chǔ)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(zhì)量光才可以與相應(yīng)部位的基礎(chǔ)光發(fā)生作用。驅(qū)動振鏡，調(diào)整基礎(chǔ)光的光程，就樣品根據(jù)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(lián)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(yī)學(xué)方面的運(yùn)用

4.1 在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)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(jié)構(gòu)內(nèi)，能夠用于活體得到和心臟框架以及作用有聯(lián)系的定性或者定量的數(shù)據(jù)[1]。

OCT和多普勒科技聯(lián)系到一起，得到的光學(xué)多普勒層析應(yīng)用能夠來檢驗(yàn)高散射介質(zhì)內(nèi)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(nèi)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(chuàng)與無創(chuàng)手術(shù)里面也發(fā)揮了很大作用，其能夠定位分辨率高的影像，按照即時(shí)影像導(dǎo)航，完成手術(shù)定位，引導(dǎo)、監(jiān)測手術(shù)過程，防止出現(xiàn)醫(yī)療事故。

4.2 OCT的發(fā)展前景

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

[參考文獻(xiàn)]

[1]薛莉.OCT技術(shù)及在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2009.

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