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光学相干断层扫描

时间:2013-07-06来源:机器视觉网http://shixinhua.com 作者:石鑫华 点击: 999999次

光学相干断层扫描

光学相干断层扫描(英文: Optical coherence tomography,简称OCT)是一种光学信号获取与处理的方式。它可以对光学散射介质如生物组织等进行扫描,获得的三维图像分辨率可以达到微米级。光学相干断层扫描技术利用了光的干涉原理,通常采用近红外光进行拍照。由于选取的光线波长较长,可以穿过扫描介质的一定深度。另一种类似的技术,共焦显微技术,穿过样品的深度不如光学相干断层扫描。
 
光学相干断层扫描使用的光源包括超辐射发光二极管与超短脉冲激光。根据光源性质的不同,这种扫描方式甚至可以达到亚微米级的分辨率,这时需要光源的频谱非常宽,波长的变化范围在100纳米左右。
 
光学相干断层扫描技术是光学断层扫描技术的一种。目前比较先进的一种光学相干断层扫描技术为频域光学相干断层扫描,这种扫描方式的信噪比较高,获得信号的速度也比较快。商用的光学相干断层扫描系统有多种应用,包括艺术品保存和诊断设备,尤其是在眼科中,这种断层扫描系统可以获取视网膜的细节图像。最近,这种技术也被用于心脏病学的研究,以对冠状动脉的疾病进行诊断。
指尖的光学相干断层扫描图像
指尖的光学相干断层扫描图像

简介

一个肉瘤的光学相干断层扫描图像
一个肉瘤的光学相干断层扫描图像
在全世界范围内,有数个研究组织从采用白光干涉对活体内人眼进行测量开始对人体组织,尤其是眼睛的成像进行研究。1990年的 ICO-15 SAT 会议上,首先展示了一张基于白光干涉深度扫描原理的对活体内人眼眼底沿眼水平子午线的二维图像。1990年,丹野直弘对这个方案进行了进一步的研究,随后日本山形大学的一位教授也对此展开了研究。这些研究使得光学相干断层扫描技术拥有了微米级的分辨率和毫米级的穿透深度,还拥有产生截面图像的能力,因此它成为一种重要的生物组织成像技术。1993年,首次采用光学相干断层扫描技术对活体内的视网膜结构成像。 光学相干断层扫描也被应用于许多艺术品保护的项目中,它被用来分析绘画作品的不同层次。与其他医学图像系统相比,光学相干断层扫描有很大的优势。医用超声成像和核磁共振成像由于分辨率不够,无法用于形态组织成像,而共焦显微技术则缺少毫米级的穿透能力。
 
光学相干断层扫描是基于弱相干干涉学理论发展的。在传统的干涉学中需要使用相干长度很长的光源,因此通常选用激光作为干涉光源,相干长度通常达到数米。而在光学相干断层扫描技术中,由于使用了宽带光源,相干长度被缩短到了几个微米。宽带光源通常可以使用超辐射发光二极管或超短脉冲的激光(飞秒激光器)来实现。白光也是一种功率较低的宽带光源。
 
光学相干断层扫描系统中的光束被分成两部分:一部分称为样品光臂,照射在样品上;一部分被称为参考光臂,通常照在镜子上。样品产生的反射光和参考光臂产生的反射光会发生干涉,而仅仅当两条光路的长度相同(差距小于相干长度)时,会产生稳定的干涉图样。通过调整参考光臂的镜子,可以得到样品的反射轮廓,这种技术被称为时域光学相干断层扫描。样品反射能力较强的区域会产生较强的干涉,而超出干涉长度的反射光将不会产生干涉。这样产生的反射轮廓被称为A扫描,包含有我们观察的样品内部结构的空间大小与位置的信息。截面断层扫描B扫描可以通过结合不同深度的A扫描结果来重建。根据使用的成像引擎的能力,还可以实现在给定深度上的C扫描。
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