光學相幹斷層掃描（OCT）是一種三維成像技術，可以在散射介質中進行高分辨率成像，無需接觸樣品或使用任何耦合介質。OCT的橫向成像分辨率可達到幾微米，成像深度可達幾毫米。OCT能夠提供樣品表麵輪廓和次表麵結構（即表麵以下的結構）及樣品均勻性的信息，從(cong) 而實時提供準確的信息用於(yu) 診斷、監測和現場過程反饋。因此，OCT已經在眼科、皮膚科、血管造影等生物成像領域得到了国产成人在线观看免费网站，並且在材料檢測和無損檢測中作為(wei) 超聲波的強大替代技術。
OCT：從(cong) 原理到關(guan) 鍵參數
一、什麽(me) 是OCT？
光學相幹斷層掃描（OCT）是一種三維成像技術，可以在散射介質中進行高分辨率成像，無需接觸樣品或使用任何耦合介質。OCT的橫向成像分辨率可達到幾微米，成像深度可達幾毫米。OCT能夠提供樣品表麵輪廓和次表麵結構（即表麵以下的結構）及樣品均勻性的信息，從(cong) 而實時提供準確的信息用於(yu) 診斷、監測和現場過程反饋。因此，OCT已經在眼科、皮膚科、血管造影等生物成像領域得到了国产成人在线观看免费网站，並且在材料檢測和無損檢測中作為(wei) 超聲波的強大替代技術。
二、OCT的工作原理
OCT依賴於(yu) 樣品不同區域的背向散射光來生成3D圖像。它使用不同的定位技術來獲取軸向（沿光束方向或進入樣品的z軸）和橫向（垂直於(yu) 光束的平麵或樣品的x-y軸）信息。軸向信息是通過估計從(cong) 樣品中的結構或層反射的光的時間延遲來獲得的。這種技術類似於(yu) 生成超聲波圖像的技術，但使用的是光而不是聲音。由於(yu) 光速極快，直接測量反向散射光的時間延遲並不容易。因此，OCT係統使用低相幹幹涉技術間接測量時間延遲。
1.移動參考臂實現OCT測量
在低相幹幹涉儀(yi) 中，使用具有寬光譜帶寬的光源進行照明。光源發出的光被分束器分成兩(liang) 條路徑，稱為(wei) 參考臂和樣品臂。來自每條臂的光被反射並在檢測器處結合。隻有當參考臂和樣品臂的光程幾乎相等時，檢測器上才會(hui) 出現幹涉效應。因此，幹涉現象的出現可以被用來進行光程的相對測量。
光學相幹斷層掃描就是將樣品臂中的鏡子替換為(wei) 待成像的樣品。然後對參考臂進行掃描，並在檢測器上記錄得到的光強度。當鏡子幾乎與(yu) 樣品中的某個(ge) 反射結構等距時，會(hui) 出現一定的幹涉圖案，從(cong) 而獲得樣品對應位置的結構信息。顯然在參考鏡移動的過程中，兩(liang) 次幹涉發生對應的參考鏡位置之間的距離對應於(yu) 測量光路中樣品兩(liang) 個(ge) 反射結構之間的光學距離。當光束穿過樣品時，不同的位置的獨特結構會(hui) 通過上述低相幹幹涉記錄的反射量被記錄下來，從(cong) 而得到測量樣品的散射信號和深度之間的函數關(guan) 係。
把 OCT 中使用的寬帶光源光束聚焦到一個(ge) 小點（約幾微米），並在樣品上進行x-y掃描，同時使用幹涉測量收集深度信息，這樣可以構建樣品的完整 3D 圖像。
2.傅裏葉域OCT
傅裏葉域OCT（FD-OCT）提供了一種更高效的方法來實現上述低相幹幹涉。傅裏葉域OCT（FD-OCT）並不是像上邊提到方法那樣在參考鏡的不同位置記錄強度，而是將強度記錄為(wei) 光的波長（或頻率=光速/波長）的函數。不同頻率的光強度變化率反映樣品中不同反射層的位置信息。可以證明，光譜幹涉數據的傅裏葉變換提供的信息相當於(yu) 移動參考鏡所獲得的信息。
3.傅裏葉域OCT測量光譜幹涉的兩(liang) 種常用方法
光譜域光學相幹斷層掃描（SD-OCT：Spectral Domain Optical coherence Tomography）：寬帶光源向樣品發出包含很多多波長成分的光譜管，並使用光譜儀(yi) 同時測量所有波長。
掃頻源光學相幹斷層掃描（SS-OCT：Swept Source optical coherence tomography）：光源在一係列波長範圍內(nei) 進行掃頻，檢測器的時間輸出被轉換為(wei) 光譜幹涉。
傅裏葉域OCT相對於(yu) 幹涉儀(yi) 中樣品臂鏡的移動擁有更快的成像速度，因為(wei) 樣品的所有反射都被即時的同時測量出來的。傅裏葉域OCT引入的速度提升為(wei) 該技術開辟了全新的国产成人在线观看免费网站領域。通過商業(ye) 化的設計，傅裏葉域OCT可以輕鬆獲得實時視頻、麵下OCT成像，使其廣泛用於(yu) 用於(yu) 諸如過程監控和手術引導等對實時性要求比較高的領域之中。
三、OCT係統的關(guan) 鍵參數
1.分辨率
OCT係統的軸向和橫向分辨率是獨立的。
軸向（深度）分辨率與(yu) 光源的帶寬（相幹長度）有關(guan) 。對於(yu) 高斯形光譜，軸向分辨率 (λc) 由以下公式給出：
其中：λ是中心波長，Δλ 是光源的帶寬。
需要注意的是，這個(ge) 光譜是指在探測器上測量到的光譜，可能與(yu) 光源的發射光譜不同，這是由光學元件和探測器本身的響應造成的影響所致。需要注意的是，嚴(yan) 格來講上述公式僅(jin) 適用於(yu) 高斯形光譜，對於(yu) 其他光譜形狀僅(jin) 可作為(wei) 一個(ge) 分辨率估算參考。對於(yu) 任意已知形狀的光譜，應估算軸向擴展函數以了解可實現的分辨率和可能的邊帶。下圖中的軸向分辨率方程的圖顯示了三個(ge) 不同中心波長的情況，展示了光源帶寬對近紅外常用工作帶中的軸向分辨率的影響
2.成像深度
OCT（光學相幹斷層成像）的成像深度主要受光源在樣品中的穿透深度限製。此外，在傅裏葉域OCT中，深度還受到光譜儀(yi) 有限像素數和光學分辨率的限製。如前所述，傅裏葉域OCT中的圖像是在傅裏葉變換光譜幹涉數據後獲得的。傅裏葉變換後的總長度或深度受光譜數據采樣率的限製，並遵循奈奎斯特定理。
具體(ti) 來說，光譜數據采樣率（或采樣密度）指的是在給定的波長範圍內(nei) ，光譜儀(yi) 所能分辨和記錄的波長點的數量。更高的采樣密度意味著在相同的波長範圍內(nei) 有更多的采樣點，從(cong) 而可以獲得更高的分辨率和更大的成像深度。
由N個(ge) 像素采樣的總帶寬（Δλ）給出了波長采樣率δλ = Δλ/N。由於(yu) 傅裏葉變換將頻率與(yu) 時間關(guan) 聯起來，我們(men) 可以將波長轉換為(wei) 頻率，δν = cΔλ /λ²。奈奎斯特定理表明，傅裏葉變換數據中的max時間延遲將是tmax = 1/2 δν，而數據中的max深度將是zmax = c* tmax。通過結合這些，傅裏葉域OCT中可實現的max成像深度為(wei) ：
3.靈敏度隨深度的變化關(guan) 係
在傅裏葉域OCT中，理論上靈敏度取決(jue) 於(yu) 反射目標的位置。max靈敏度出現在樣品光和參考光之間光程正好相等的點，即零延遲差點附近，並且隨著我們(men) 遠離零延遲點而減小。這種損失是由光譜儀(yi) 的有限像素大小和有限光學分辨率導致的。可以證明，靈敏度與(yu) 深度的關(guan) 係如下：
其中
R(z)：隨深度變化的靈敏度。
z: 深度，通常指光在樣品中傳(chuan) 播的距離。
ρ: 一個(ge) 與(yu) 光譜儀(yi) 分辨率和光源帶寬相關(guan) 的常數，具體(ti) 定義(yi) 依賴於(yu) 係統的設計。
W=δλ/Δλ: 其中δλ是波長采樣率（光譜儀(yi) 的分辨率），Δλ是總帶寬
sin(ρz): 表示由於(yu) 光譜儀(yi) 有限像素引起的調製效應。
sin(ρz)/(ρz): 表示由於(yu) 有限像素引起的調製效應的歸一化形
exp[-z^2/(wρ)] : 指數衰減項，表示由於(yu) 光譜儀(yi) 有限光學分辨率引起的衰減效應。
通過這個(ge) 公式可以看出，OCT的靈敏度隨著分子深度z^2的增加而減小，這種減小是由光譜儀(yi) 的有限像素和光學分辨率共同決(jue) 定的。
4.信噪比
信噪比一般定義(yi) 為(wei) 信號功率與(yu) 噪聲功率的比率，噪聲功率用其方差來定義(yi) 。 OCT的主要噪聲來源有：
A，探測器噪聲，主要來自電子元件的熱波動。
B，由於(yu) 光子到達和探測器檢測的內(nei) 在方差產(chan) 生的散粒噪聲。
C，光源的相對強度噪聲 (RIN)。
理想的OCT係統，應該是其探測器和強度噪聲都被min化掉了，在散粒噪聲域內(nei) 工作，其性能僅(jin) 受限於(yu) 到達探測器的光子數量。
5.OCT的靈敏度
在光學相幹斷層掃描 (OCT) 中，靈敏度指係統檢測樣本反射zui微弱信號的能力。數值上，靈敏度是使信號達到信噪比 (SNR) 為(wei) 1時的信號衰減程度，即信號強度等於(yu) 係統固有噪聲的點。
6.分貝 (dB) 單位的測量
信噪比或靈敏度常用分貝 (dB) 表示。物理量的dB單位對應10log(Pa/Pb)。光學測量中，光功率 (P) 與(yu) 光電探測器輸出電流 (I) 成正比，但電功率與(yu) I²成正比，因此考慮光功率時，OCT的SNR和靈敏度測量用20log(Pa/Pb)。
7.速度
OCT係統的速度取決(jue) 於(yu) 到達探測器的光量。速度與(yu) 係統積累足夠光子的時間直接相關(guan) 。其他限製因素包括各部件自身參數的限製，例如：基於(yu) 光譜儀(yi) 的光譜域OCT係統速度受相機傳(chuan) 感器和電子元件限製。對於(yu) 掃頻光源傅裏葉域OCT，掃頻激光源的速度常是限製因素。盡管SS-OCT常因速度被選擇，近年來相機速度的進步開始縮小這一差距。
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