OCT技术的成像原理介绍

OCT基于低相干光干涉测量法，从靶组织中散射的光波的时延对应于组织的不同深度，因此通过测量光在组织中的后向散射光的时延实现分层成像。这类似于超声成像的原理，由于光波的传播速度是声波的10⁶倍，无法直接用电学方法测量光波的时延，因此采用迈克尔逊干涉仪测量时间延迟。

OCT技术是采用830nm的红外光等弱相干光作为光源的低相干干涉仪，通过接收背向散射光来产生干扰信号分析出不同的组织结构，经计算机处理后进行成像。OCT成像系统的核心是迈克尔逊干涉仪（Michelson interferometer），添加相关增强效果的器件，如利用光纤作为传输介质，用自聚焦透镜代替普通光学透镜成像等，其成像原理如图4-2所示。低相干光源发出的光耦合进入迈克尔逊干涉仪，通过一个光纤耦合器使光分别进入干涉仪的两个臂。光经过一个共焦系统再经散射介质的背向散射后沿原路返回，在光纤耦合器中与参考光臂返回的参考光干涉。由于采用的是低相干光，相干长度很短，所以只有从散射介质中很薄一层中反射回来的光才会和参考光发生干涉。通过光电探测器探测干涉信号，经过信号处理后送入计算机进行图像重建，得到活体生物组织的二维图像^［2］。OCT具有很高的空间解析度，约为1～15μm，但是由于组织内的光散射现象，OCT的穿透深度约在2mm。

图4-2 OCT成像原理示意图^［2］(www.xing528.com)

按照信号处理方式的不同可将传统的OCT成像系统分为时域OCT（Time Domain OCT，TD-OCT）和频域OCT（Fourier Domain OCT，FD-OCT）。TD-OCT是利用不同时间从组织反射回来的光信号与参考端反射回来的光信号发生干涉形成影像。由于需借助于参考端的相位延迟来取得样品的不同深度信息，所以成像速度比较慢。但是TD-OCT的性价比较高，足以完成大多数眼底及青光眼疾病的检查，技术比较成熟。FD-OCT是将参考端的反光镜固定，改变光源的频率实现信号的干涉，在改善系统灵敏度的同时提高了采样速度，所以FD-OCT可以测得较深或较弱的背向散射信号，且二维成像时间大大缩短，目前许多OCT技术的开发研究均采用FD-OCT。

FD-OCT分为两种：频域式OCT（Spectral Domain OCT，SD-OCT）和扫频式OCT（Swept Source OCT，SS-OCT）。SD-OCT是利用低相干光源、干涉仪和光谱仪组成高解析度的分光光度仪，得到不同波长的光干涉频谱，借由光栅将干涉信号进行波段发散，然后经过透镜聚光到CCD上，测得样品的深度信息。SS-OCT是利用波长可变的扫频式光源发射不同波长的窄频频谱，在波长由短到长的快速变化过程中，此频谱经过干涉仪，平衡式检测器接收不同深度的干涉信号。它是在同一时间接收所有样本的所有回波，不需要参考臂的来回移动来检测和接收回波，也不需要CCD来探测信号，而是采用光探测器滤除干涉信号中的低频和直流信号，对散射造成的噪声的敏感度比较低。