光学相干层析成像技术在器官疾病诊断上的应用

在现代医学中,核扫描、正电子发射断层扫描( Positron Emission Tomography, PET) 和磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)技术已被广泛应用于提供组织形态和功能信息。但是这些技术在分辨率或成像深度上各有缺点,而一种基于低相干干涉原理的新型光学检测技术则可以同时实现高分辨率和大深度成像,该技术称为光学相干层析成像技术(Optical Coherence Tomography,OCT)。OCT技术是一种将高纵向分辨率和高横向分辨率结合的非接触、非侵入、无损伤影像技术,可以实现与活体组织病理学观察相同的作用。OCT采用低能量的近红外光源作为探测光,并结合显微镜头、手持式探头或内窥镜等非损伤方式进行常规检测,不会对生物组织造成损伤。同时OCT结合发展迅速的图像采集分析处理技术,可实现实时三维成像,从中提取对诊断有用的信息进行定量分析,为医生的诊断提供便利。该综述重点介绍经典OCT成像技术及其相关医疗应用技术,如SD-OCT、SS-OCT、aOCT、PS-OCT和D-OCT,在呼吸系统、口腔、脑组织和肾脏等其他主要器官疾病检测中的应用。     

光学相干层析技术及其在生物医学中的应用

基于光学低相干反射测量而发展起来的光学相干层析技术（Optical Coherence Tomography,简称OCT）是一种新型的成像技术,它能对高散射介质如生物组织实施非侵入性的快速成像,因而在体生物组织的微结构分析和疾病诊断等方面有重要应用。本文概述了OCT技术在医学临床领域的应用,存在的问题,以及市场前景。     

光学相干层析显微成像的技术与应用

光学相干层析显微成像(OCM)技术是一种使用相干探测的光学显微成像技术。OCM不仅具有光学相干层析成像技术(OCT)高轴向分辨、高信噪比、无需标记的优势,而且能通过高倍物镜获得高横向分辨能力,能实现微米量级的空间分辨率。首先介绍OCM技术的基本原理和实现方案,然后详细阐述OCM技术的原理以及在国际上的研究进展。针对OCM技术中如何实现超高分辨成像、焦深限制成像深度等问题,对目前该研究领域一些先进的OCM技术进行总结。OCM技术在生物医学、材料检测等领域具有广泛的应用前景。     

光纤型光学相干层析技术系统的眼科成像

建立了一套单模光纤型光学相干层析(OCT)成像系统,开展了动物眼睛的成像实验,实现了高信噪比、高分辨率、大成像深度的层析图像的获取.系统纵向分辨率达到9μm,横向分辨率为10μm,最大层析成像深度可达3.4 mm.实验图像和商业蔡氏三代光学相干层析技术成像的对比结果表明,研制的OCT系统已经能展示视网膜的基本分层结构,而且能分辨脉络膜的分层结构和脉络膜血管,后者是蔡氏三代OCT系统所无法实现的.     

自适应光学相干层析在视网膜高分辨成像中的应用

视网膜光学相干层析（OCT）技术利用外部低相干光源照射人眼眼底,并将人眼眼底散射信号进行干涉成像,获得人眼视网膜的断层图像信息,以实现人眼视网膜无创、实时、在体的光学活检。传统光学相干层析在视网膜成像时的轴向分辨率可达3 μm以上,但由于人眼个体差异和不可避免的像差限制了视网膜OCT的横向分辨率,只能达到约15~20 μm。而自适应光学作为一项波前校正的先进技术,可以校正OCT色差以及人眼有限视场和眼球运动导致的像差,将OCT横向分辨率提高到低于2 μm,以实现视网膜细胞及微细血管近衍射极限成像,及时发现患者眼底存在的早期病变。在介绍自适应光学和视网膜光学相干层析的技术特点基础上,对自适应光学在视网膜光学相干层析成像应用的国内外发展现状进行了论述,总结了自适应光学OCT视网膜高分辨成像在宽带光源色差校正、眼球运动伪影减少、自适应光学视场扩大和波前传感与校正系统简化的关键技术和未来发展趋势,以实现大视场、高效率、高灵敏度、高分辨率的高速人眼视网膜成像,为未来自适应光学OCT视网膜成像技术的研究和应用提供参考和借鉴。     

超短脉冲激光相干层析成像技术的理论分析与实验

基于光学弱相干反射测量而发展出来的光学相干层析(Optical Coherence Tomography,简称OCT)技术是一种新型成像技术,由于它在生物医学领域的诊断或疗效监测等方面巨大的应用潜力, 近年来发展极为迅速.与其它医学中常用的光学、光谱测量方法及诸多成像方法相比, OCT由于其高时空分辨和在体测量的特点, 将成为继X射线CT、核磁共振成像(MRI)之后, 又一新的重要诊断手段.将超短脉冲飞秒激光器作为光源的光纤化光学相干层析技术, 利用光源光强高、单脉冲能量低的特点, 有利于避免测量对活体组织的损伤,同时又能快速成像, 获得高空间分辨和大的探测深度.考虑材料色散对光脉冲信号的展宽,由于色散,当脉冲通过一定长度的光纤时, 脉冲将在时域上变宽.显然, 如果有大量的脉冲在光纤的入射孔径处,当光脉冲到达光纤的输出端时,脉冲会变宽,也许会重叠起来而影响光的相干性.本文通过严格的数学推导,得到了系统的相干长度公式表达式,此式与连续光源得到的相干长度公式是一样的;另外,脉冲通过一定长度的光纤时, 时间脉冲将变宽,但光脉冲的频谱分布并未发生改变,脉冲时域上的展宽不影响光源的相干长度.在此基础上,利用我们研制的半导体泵浦超快飞秒掺钛蓝宝石激光器光源的OCT光纤实验系统,对动物组织样品进行了层析成像,得到了样品表层的OCT层析结构图像.(OC4)     

基于LED照明的线扫描频域OCT成像系统设计

光学相干层析成像技术(Optical Coherence Tomography,OCT)由于其非接触、无损伤、高分辨率等优点,在医学、生物学、材料学等领域有着广泛的应用,开发基于低成本光源照明且快速成像的OCT系统已经成为OCT技术发展的一个重要趋势.论文研究了一种基于LED照明的频域线扫描OCT成像系统,给出了系统的...     

光学相干层析系统的光耦合实验分析

利用低相干光作光源的光学相干层析(optical coherence tomography,OCT)是一种新型的成像技术,是集共焦技术、相干技术、光外差技术和扫描层析技术于一体的非接触型成像技术;利用光源的空间相干以获得高的纵向分辨率,着重讨论了系统光源耦合后的大小对成像结果的影响。     

光学相干层析功能成像及脑中风研究进展

基于光学相干层析成像(OCT)的功能成像技术得以不断发展。光学相干血流造影(OCTA)技术将血红细胞与周围组织的相对运动作为内源性的血流标记特征,通过分析OCT中空间散射信号的动态光学散射特性,提取血流运动信息。OCTA技术通过在三维空间区分动态血流区域及其周围静态组织,实现了在体、无标记、三维高分辨率的血流运动造影。光学衰减系数(OAC)算法通过分析OCT中空间散射信号随深度的衰减特性,评估组织损伤程度,准确揭示组织活性。OCTA技术和OAC算法使得对脑中风过程的在体、无标记、三维高分辨率的长期监测成为可能,包括缺血及血流再灌注过程、组织损伤及其恢复程度的实时评估。针对OCTA技术和OAC算法的发展进行了系统性回顾,并介绍了相关脑中风研究的进展,上述OCT技术在生物医学领域具有重要的应用价值。     

20 kHz扫频光学相干层析系统

研制了扫频光学相干层析技术(SS-OCT)系统.该系统基于快速扫频激光光源,将轴向扫描频率由原来时域光学相干层析技术(OCT)系统的500 Hz提高到20 kHz.采用了基于OCT系统本身的预标定方法,实现了波数空间的线性校正.针对扫频光源光谱的非高斯型分布,对干涉光谱实施了基于窗口函数的光谱整形.对于干涉光谱中的直流项和自相关项,除了采用平衡探测共模抑制外,还运用了减除平均值的软件处理方法.系统纵向分辨率14 μm,横向分辨率12 μm,在空气介质中的成像深度3.9 mm,利用研制的SS-OCT系统,成功实现了手指组织样品的快速OCT成像.     

动态散射光测量在全场光学相干层析技术中的应用

全场光学相干层析术(FF-OCT)探测生物组织亚细胞水平折射率扰动的本征信号,为无标记成像提供了丰富的显微结构信息。动态全场光学相干层析技术(D-FFOCT)结合全场OCT低相干层析成像与动态散射光测量原理,可为细胞或组织提供亚细胞动态对比度。介绍了近年来D-FFOCT技术的发展,讨论了基于D-FFOCT的多模态成像技术,分析了成像系统的空间分辨率、信噪比和成像深度。针对目前D-FFOCT干涉信号易受扰动而产生图像伪影缺陷的问题,分析比较了运用高速相机、瞬时移相法、基于希尔伯特变换的算法和基于奇异值分解的图像滤波算法等消除伪影的方法,概述了D-FFOCT在基础生物学、精准医疗领域和药物研究方面的研究,并展望该技术在这些领域的发展前景和未来研究方向。     

眼前节光学相干层析系统的设计及实验研究

基于低相干干涉原理及迈克尔逊干涉仪的光学相干层析(OCT)技术,利用中心波长为1310nm的宽带低相干光源(SLED)及傅里叶域快速扫描光学延迟线(RSOD),设计和研制了眼前节OCT系统和探头。系统成像深度大于9mm。对其扫描模式进行分析,矫正所获得的眼前节OCT图像。     

光学相干弹性成像研究现状与展望

弹性成像技术是以软组织的杨氏模量、剪切模量、应力与应变等弹性参量为成像对象的技术。伴随着光学相干层析成像(OCT)的发展,光学相干弹性成像(OCE)由于其微米级别的分辨率,实时的图像处理以及非侵入式成像得到人们的青睐。综述了OCE的分类以及当今主流的几种OCE技术及其弹性图像重构的问题。探讨了OCE中施加机械负载方法和位移估算、应变估计的方法。OCE对检测组织临床上和病理上的机械特性拥有强大的潜力,特别是在诊断癌症,心血管疾病和眼科疾病上。总结了OCE研究和发展状况,并对其发展前景进行了展望。     

应用于珍珠检测的光学相干层析技术

珍珠质的内部微观分辨和测量是珍珠产业发展和学术研究的核心难题.光学相干层析(OCT)高清晰深度分辨技术通过探测珍珠质的光学反射散射特性,提供了研究其结构形态和分布规律的新途径.阐述了对珍珠质进行成像扫描的原理和实验装置,以光纤迈克尔逊干涉仪为主体,利用中心波长1310 nm的宽带光源和傅里叶域光学延迟线实现了扫描速度1 frame/s,纵向分辨率15μm,成像深度3 mm的光学相干层析成像系统.实验结果验证了光学相干层析检测方法适用于珍珠质的定量检测和定性分辨的可行性,初步的报道包括珍珠质层和珠核贝壳层的分辨鉴别,珍珠质层平均测量误差在20μm以内,珍珠质内部各种反常生长分布信息也清晰可见.     

三维谱域光学相干层析成像系统的研制

介绍了基于光纤迈克尔孙干涉仪的三维谱域光学相干层析(OCT)系统.系统探测器部分为自行研制的高速高分辨率光谱仪,其光谱分辨率高达0.05 nm,使OCT成像探测深度范围达3.4 mm.系统信噪比(SNR)测量值为51 dB,纵向分辨率8.5 μm.系统成像速率达10×103 line/s,通过二维扫描和三维重建,可达到2s采集一幅三维OCT图像的速度.借助三维相干层析成像技术,可以对眼底视网膜等生物组织进行更加直观和精确的显示.     

光学相干断层成像技术在定窑瓷器检测中的应用

光学相干断层成像(OCT)是基于低相干光干涉仪,可对物体进行断层成像的技术。OCT系统的无损检测和图像高速采集特征使其适于对历史文物进行成像检测,并提供文物表面下的结构信息。对OCT技术原理进行了阐述,并采用OCT系统对来自北宋的定窑瓷器进行无损检测及断层图像的采集。通过定窑瓷器的OCT断层图像,可观察到定窑瓷器表层釉质和胎体层,层状结构以及不同结构的界面也清晰可见。通过对OCT断层图像的分析,可获知瓷器表面的施釉情况及釉层特点,釉层和胎体的风化特征及其中气泡及晶体颗粒的分布、OCT图像对瓷器的穿透深度等信息。同时可分析釉层和胎体表面工艺以及二次修补的信息。     

大鼠肾脏缺血再灌注过程的光学相干层析成像监测

光学相干层析成像(OCT)具有分辨率高、成像深度深和成像速度快的优点,为评估肾脏状态提供了一种新方法。肾脏缺血再灌注会导致肾功能单元发生损伤,采用无损成像可以实时快速地评价肾脏的活性状态。采用中心波长为1300 nm的SDOCT(spectral-domain OCT)对Wistar大鼠肾脏进行活体二维和三维成像,图像能够清晰地显示肾皮质层的肾小管微结构。结果表明:OCT对肾脏缺血再灌注过程响应灵敏,在肾脏状态评估方面具有广阔的应用前景。     

高分辨率视网膜成像技术研究进展

分析了影响人眼视网膜成像的各种因素,阐述了基于哈特曼-夏克传感器和可变形镜的自适应光学(AO)原理,研究了激光扫描检眼镜(SLO)和光学相干层析成像(OCT)结合自适应光学来提高视网膜成像分辨率的方法,并对视网膜成像住医学诊断中的应用和发展前景进行了展望.     

光学相干层析显微内窥成像技术研究进展（特邀）

光学相干层析成像（OCT）是一种无创或微创的、可提供组织深度信息的高分辨率可视化实时成像技术,广泛应用于生物医学成像与临床诊断领域。光纤OCT显微内窥成像技术是基于光纤传输和光纤显微内窥成像的OCT技术,除了具有OCT的一般成像优点外,还具有体积小、质量轻、耐腐蚀、电绝缘、抗电磁干扰等特点,尤其适用于对现有其他成像技术无法到达的狭小腔道内的组织病变进行高分辨率检测和早期诊断。随着激光器、探测器和光纤器件制备技术的发展,光纤OCT系统、光纤探头设计和制备都取得了巨大进步,应用场景也得到不断扩展。具体地：光纤OCT系统从时域OCT发展到频域OCT,成像速度和分辨率获得显著提升;光纤OCT内窥成像探头先后历经了光纤-棱镜型、全光纤型及光纤复合型探头三个发展阶段,目前正朝着多功能集成、小型化、一体化的方向发展;光纤内窥OCT的临床应用从呼吸系统和消化系统逐渐拓展到心血管系统。从光纤OCT系统设计、探头设计与制备、内窥成像应用三方面综述近年来光纤OCT显微内窥成像技术的发展现状,重点总结光纤内窥探头的技术发展及其在医学诊断中的应用,最后结合现有前沿技术报道总结展望了未来光纤内窥OCT的发展方向。     

手持式牙齿在体谱域光学相干层析成像系统研究

光学相干层析(OCT)是一种高分辨率、高灵敏度、无损伤的断层深度探测方法。搭建了一台手持式谱域光学相干层析(SDOCT)系统,对人体牙齿组织进行成像。介绍了手持式OCT探头设计。该手持式探头利用扫描振镜进行横向扫描,结构简单且十分紧凑,可以稳定地检测活体组织。利用该系统分别对离体牙齿和活体牙齿进行成像。通过实验结果可以清晰地看到活体牙齿的牙釉质、牙本质和釉质本质界面等组织,实现了高分辨率的断层成像。