光学相干断层扫描技术

LOGO生基硕11唐鹏车晓姚锐杰光学相干断层扫描技术CompanyLogo1技术简介工作原理实际应用23医学成像技术的发展上世纪50-60年代开始应用超声与核素扫描进行人体检查，出现了超声成像与γ闪烁成像70年代和80年代相继出现了X线计算机体层成像（X-CT）、磁共振成像（MRI）和发射体层成像（ECT）。70年代迅速兴起了介入放射学，介入超声和超声组织定位，MRI和CT的立体组织定位等，以及PET在分子水平上利用影像技术研究人体心脑代谢和受体功能。1895年德国物理学家发现了x射线，不久人们便通过x射线透视，成功从患者手中取出一枚钢针异物，这是x射线最早应用于临床的实例。各类成像技术的缺点：CT：有些部位骨骼伪影太多，影响其周围软组织结构的显示，受呼吸运动的影响，容易漏诊小的病状，x线辐射量大，重建图像伪影较多MRI:价格昂贵，成像复杂，大多数情况下不适宜于首选，体内带有金属异物或装有心脏起搏器者禁用，不适合幽闭恐怖症患者超声：受气体与骨骼的阻碍，不适合于含气脏器如肺消化道及骨骼的检查，准确性受操作者的经验，检查技巧和认真程度影响……医学成像诊断的要求实时在体：不影响组织结构危害小：无创，辐射小分辨率高光学相干断层扫描技术光学相干层析是90年代发展起来的一种新型光学成像手段它通过测量生物组织的背散射光强度和相位获得内部的显微结构信息进行层析成像分辨率1um-15um,比传统的超声成像高1-2个数量级，而且可以实现实时在体检测，OCT系统的体积和制造成本远小于MRI,使得这种技术在实验研究和临床应用方面都大有可为发展历程1997年MIT的DavidHuangetal在science上发表了《opticalcoherencetomography》一文中首次提到OCTⅠ:1994年，由ZEISS公司开发并投入商业使用OCTⅡ:OCT仪器体积更小，更易操作，分辨率明显提高，出现了RNFL分析OCTⅢ:2002年3月，StratusOCT上市，其分辨率更高，分析速度更快，仪器体积更小，并具备进一步的分析程序：包括视网膜分析，RNFL分析，视盘分析，同时也包含FDA认证的RNFL和黄斑正常值数据库。OCTⅣ:2006年。对活体组织成像，分辨率可达微米级对组织形态迅速、直接的成像不需要制备样品不需要离子辐射光学相干断层扫描的主要优点CompanyLogo工作原理1基本原理时域相干光学断层扫描扫描方式24频域相干光学断层扫描3CompanyLogo利用近红外线及光学干涉原理对生物组织进行成像；光源参照光样品光参照反光镜被测物体叠加干涉成像回波成像；CompanyLogoCompanyLogoNAR/61.0横向分辨率为：纵向分辨率为:：22ln2cLCompanyLogo光源生物组织对不同光波的吸收即散射效果都不同在红外波段，生物组织对其吸收最低，散射也最高光源采用红外波段光波中心波长与谱线宽度中心波长决定了其在组织内的穿透深度，即成像深度谱线宽度又影响其纵向分辨率一般选用超辐射二极管或者ASE作为其光源使用CompanyLogo时域相干光学断层扫描时域OCT是把在同一时间从组织中反射回来的光信号与参照反光镜反射回来的光信号叠加、干涉，然后成像。时域OCT中参考光臂的光路长度可以转换为时间，通过改变反光镜位置实现不同断层成像。时域光学相干断层扫描的干涉信号CompanyLogo频域相干光学断层扫描频域OCT是参考臂的参照反光镜固定不动，通过改变光源光波的频率来实现信号的干涉。采用频域技术的OCT系统仅需要横向扫描，纵向扫描由背向散射光谱的傅里叶逆变换获得。参考光与物光的干涉光谱被探测器接收，此信号为光强关于波数k(k=2π/λ)的函数I(k)。对I(k)进行傅里叶逆变换，就得到对应着深度坐标z的样品信号a(z)。CompanyLogoCompanyLogoCompanyLogoCompanyLogo扫描方式单点（共焦）光学相干断层扫描并行（全场）光学相干断层扫描样品采用全场照明的方式，使用电荷耦合器件（CCD）照相机将样品的像记录下来;移动参考镜面来记录连续的正面图像，随后可以重建出三维的图像对样品从两个维度进行扫描，然后使用扫描时通过参考光臂轴向扫描的相干门控效应所得到的深度信息来重建三维图像。CompanyLogo实际应用1眼科的应用2病理科的应用CompanyLogo眼科的应用OCT技术的第一个临床应用领域就是眼科学。OCT可以测定视神经纤维的厚度、测量视网膜结构、拍摄黄斑疾病、诊断和监测视网膜疾病等，因此广泛应用在眼科学。目前，OCT可对视网膜进行高分辨力，快速度的二维成像，其纵向分辨率达14µm，纵向扫描速度达160mm/s。CompanyLogo对青光眼患者，该技术使医生能够监测视神经纤维层的变化情况，而无须测量眼压；对糖尿病患者，可以对视网膜的肿胀进行定量测量，进而诊断病情。实验结果证明，OCT诊断各种视网膜疾病非常有用，从有斑点产生，到形成青光眼，再到视网膜脱离均可探测，可用于青光眼和视网膜中区退化的早期诊断。CompanyLogoCompanyLogoCompanyLogo病理科的应用OCT技术的另一个重要应用是探测人体软组织的早期癌变。OCT依据癌变组织具有与健康组织不同的光谱特性和结构，得到组织清晰的像，由此实时而准确地进行诊断。因为采用了计算机进行信号处理，所得结果与操作人员的主观因素无关。另外，OCT技术将成为对皮下组织病变进行实时诊断而无需活组织检查的一种权威方法，但在此之前还需要更多的临床试验揭示其优点及待解决的问题。CompanyLogoOCT手术导航在脑外科及神经外科等微创或无创手术中，可借助于OCT对浅层皮下活体组织或利用探针对深层内部组织，进行在位的高分辨率成像，依据实时图像导航，实现手术定位，指导、监控手术，医生可对病变组织实施精确的手术，减小手术创伤，提高手术速度，避免意外损伤。CompanyLogo