光學(xué)相干斷層掃描技術(shù)

1、光學(xué)相干斷層掃描技術(shù)光學(xué)相干斷層掃描技術(shù)第一頁，共27頁。Company Logo1 技術(shù)簡介技術(shù)簡介 工作工作原理原理 實(shí)際應(yīng)用實(shí)際應(yīng)用23第二頁，共27頁。醫(yī)學(xué)成像技術(shù)的發(fā)展上世紀(jì)50-60年代開始應(yīng)用超聲與核素掃描進(jìn)行人體檢查，出現(xiàn)了超聲成像與閃爍成像70年代和80年代相繼出現(xiàn)了X線計(jì)算機(jī)體層成像（X-CT）、磁共振成像（MRI）和發(fā)射體層成像（ECT）。70年代迅速興起了介入放射學(xué)，介入超聲和超聲組織定位，MRI和CT的立體組織定位等，以及PET在分子水平上利用影像技術(shù)研究人體心腦代謝和受體功能。1895年德國物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了x射線，不久人們便通過x射線透視，成功從患者手中取出一枚鋼針異

2、物，這是x射線最早應(yīng)用于臨床的實(shí)例。第三頁，共27頁。各類成像技術(shù)的缺點(diǎn)：CT：有些部位骨骼偽影太多，影響其周圍軟組織結(jié)構(gòu)的顯示，受呼吸運(yùn)動(dòng)的影響，容易漏診小的病狀，x線輻射量大，重建圖像偽影較多MRI:價(jià)格昂貴，成像復(fù)雜，大多數(shù)情況下不適宜于首選，體內(nèi)帶有金屬異物或裝有心臟起搏器者禁用，不適合幽閉恐怖癥患者 超聲：受氣體與骨骼的阻礙，不適合于含氣臟器如肺消化道及骨骼的檢查，準(zhǔn)確性受操作者的經(jīng)驗(yàn)，檢查技巧和認(rèn)真程度影響第四頁，共27頁。醫(yī)學(xué)成像診斷的要求實(shí)時(shí)在體：不影響組織結(jié)構(gòu)危害?。簾o創(chuàng)，輻射小分辨率高第五頁，共27頁。光學(xué)相干斷層掃描技術(shù)光學(xué)相干層析是90年代發(fā)展起來的一種新型光學(xué)成像手段

3、它通過測量生物組織的背散射光強(qiáng)度和相位獲得內(nèi)部的顯微結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行層析成像分辨率1um-15um,比傳統(tǒng)的超聲成像高1-2個(gè)數(shù)量級(jí)，而且可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在體檢測，OCT系統(tǒng)的體積和制造成本遠(yuǎn)小于MRI,使得這種技術(shù)在實(shí)驗(yàn)研究和臨床應(yīng)用方面都大有可為第六頁，共27頁。發(fā)展歷程1997年MIT的David Huang et al 在science上發(fā)表了optical coherence tomography一文中首次提到OCT :1994年，由ZEISS公司開發(fā)并投入商業(yè)使用OCT :OCT儀器體積更小，更易操作，分辨率明顯提高，出現(xiàn)了RNFL分析OCT :2002年3月，Stratus OCT上市，

4、其分辨率更高，分析速度更快，儀器體積更小，并具備進(jìn)一步的分析程序：包括視網(wǎng)膜分析，RNFL分析，視盤分析，同時(shí)也包含F(xiàn)DA認(rèn)證的RNFL和黃斑正常值數(shù)據(jù)庫。OCT :2006年。第七頁，共27頁。第八頁，共27頁。對(duì)活體組織成像，分辨率可達(dá)微米級(jí)對(duì)組織形態(tài)迅速、直接的成像 不需要制備樣品 不需要離子輻射 光學(xué)相干斷層掃描的主要優(yōu)點(diǎn)第九頁，共27頁。Company Logo工作原理工作原理1 基本原理基本原理 時(shí)域相干光學(xué)斷層掃描時(shí)域相干光學(xué)斷層掃描 掃描方式掃描方式24 頻頻域相干光學(xué)斷層掃描域相干光學(xué)斷層掃描3第十頁，共27頁。Company Logo利用近紅外線及光學(xué)干涉原理對(duì)生物組織利用

5、近紅外線及光學(xué)干涉原理對(duì)生物組織進(jìn)行成像；進(jìn)行成像；光源參照光樣品光參照反光鏡被測物體疊加干涉成像回波成像；第十一頁，共27頁。Company Logo第十二頁，共27頁。Company LogoNAR/61. 0 橫向分辨率為：縱向分辨率為:： 22ln2cL第十三頁，共27頁。Company Logo光源光源生物組織對(duì)不同光波的吸收即散射效果都不同生物組織對(duì)不同光波的吸收即散射效果都不同在紅外波段，生物組織對(duì)其吸收最低，散射也最高在紅外波段，生物組織對(duì)其吸收最低，散射也最高光源采用紅外波段光波中心波長與譜線寬度中心波長決定了其在組織內(nèi)的穿透深度，即成像深度中心波長決定了其在組織內(nèi)的穿透深度

6、，即成像深度譜線寬度又影響其縱向分辨率譜線寬度又影響其縱向分辨率一般選用超輻射二極管或者一般選用超輻射二極管或者ASE作為其光源使用作為其光源使用第十四頁，共27頁。Company Logo時(shí)域相干光學(xué)斷層掃描 時(shí)域時(shí)域OCTOCT是把在同一時(shí)間從組織中反射回來的光信號(hào)與參是把在同一時(shí)間從組織中反射回來的光信號(hào)與參照反光鏡反射回來的光信號(hào)疊加、干涉，然后成像。照反光鏡反射回來的光信號(hào)疊加、干涉，然后成像。時(shí)時(shí)域域OCT中中參考光臂的參考光臂的光路長度可以轉(zhuǎn)換為時(shí)間，通光路長度可以轉(zhuǎn)換為時(shí)間，通過改變反光鏡位置實(shí)現(xiàn)不同斷過改變反光鏡位置實(shí)現(xiàn)不同斷層成像。層成像。時(shí)域光學(xué)相干斷層掃描時(shí)域光學(xué)相干斷

7、層掃描的干涉信號(hào)的干涉信號(hào)第十五頁，共27頁。Company Logo頻域相干光學(xué)斷層掃描頻域頻域OCTOCT是參考臂的參照反光鏡固定不動(dòng)，通過改是參考臂的參照反光鏡固定不動(dòng)，通過改變光源光波的頻率來實(shí)現(xiàn)信號(hào)的干涉。變光源光波的頻率來實(shí)現(xiàn)信號(hào)的干涉。采用頻域技術(shù)的OCT系統(tǒng)僅需要橫向掃描，縱向掃描由背向散射光譜的傅里葉逆變換獲得。參考光與物光的干涉光譜被探測器接收，此信號(hào)為光強(qiáng)關(guān)于波數(shù) k(k=2/)的函數(shù) I(k)。對(duì) I(k)進(jìn)行傅里葉逆變換，就得到對(duì)應(yīng)著深度坐標(biāo) z 的樣品信號(hào) a(z)。第十六頁，共27頁。Company Logo第十七頁，共27頁。Company Logo第十八頁，共

8、27頁。Company Logo第十九頁，共27頁。Company Logo掃描方式掃描方式v單點(diǎn)（共焦）光學(xué)相干斷層掃描單點(diǎn)（共焦）光學(xué)相干斷層掃描v并行（全場）光學(xué)相干斷層掃描并行（全場）光學(xué)相干斷層掃描樣品采用全場照明的方式，使用電荷耦合器件（樣品采用全場照明的方式，使用電荷耦合器件（CCDCCD）照）照相機(jī)將樣品的像記錄下來相機(jī)將樣品的像記錄下來; ;移動(dòng)參考鏡面來記錄連續(xù)的正面圖像，隨后可以重建出三維的圖像對(duì)樣品從兩個(gè)維度進(jìn)行掃描，然后使用掃描時(shí)通過參考光對(duì)樣品從兩個(gè)維度進(jìn)行掃描，然后使用掃描時(shí)通過參考光臂軸向掃描的相干門控效應(yīng)所得到的深度信息來重建三維圖臂軸向掃描的相干門控效應(yīng)所得

9、到的深度信息來重建三維圖像。像。第二十頁，共27頁。Company Logo實(shí)際應(yīng)用實(shí)際應(yīng)用1 眼科的應(yīng)用眼科的應(yīng)用2 病理科的應(yīng)用病理科的應(yīng)用第二十一頁，共27頁。Company Logo眼科的應(yīng)用眼科的應(yīng)用OCTOCT技術(shù)的第一個(gè)臨床應(yīng)用領(lǐng)域就是眼科學(xué)。技術(shù)的第一個(gè)臨床應(yīng)用領(lǐng)域就是眼科學(xué)。OCTOCT可以測定視神經(jīng)纖維的厚度、測量視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)、拍可以測定視神經(jīng)纖維的厚度、測量視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)、拍攝黃斑疾病、診斷和監(jiān)測視網(wǎng)膜疾病等，因此廣泛應(yīng)攝黃斑疾病、診斷和監(jiān)測視網(wǎng)膜疾病等，因此廣泛應(yīng)用在眼科學(xué)。用在眼科學(xué)。目前，目前，OCTOCT可對(duì)視網(wǎng)膜進(jìn)行高分辨力，快速度的二可對(duì)視網(wǎng)膜進(jìn)行高分辨力，快速度的

10、二維成像，其縱向分辨率達(dá)維成像，其縱向分辨率達(dá)14m14m，縱向掃描速度達(dá)，縱向掃描速度達(dá)160mm/s160mm/s。第二十二頁，共27頁。Company Logo對(duì)青光眼患者，對(duì)青光眼患者， 該技術(shù)使醫(yī)生能夠監(jiān)測視神經(jīng)纖維該技術(shù)使醫(yī)生能夠監(jiān)測視神經(jīng)纖維層的變化情況，而無須測量眼壓；層的變化情況，而無須測量眼壓；對(duì)糖尿病患者，可以對(duì)視網(wǎng)膜的腫脹進(jìn)行定量測量，對(duì)糖尿病患者，可以對(duì)視網(wǎng)膜的腫脹進(jìn)行定量測量， 進(jìn)而診斷病情。進(jìn)而診斷病情。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明， OCTOCT診斷各種視網(wǎng)膜疾病非常有用，診斷各種視網(wǎng)膜疾病非常有用，從有斑點(diǎn)產(chǎn)生，到形成青光眼，再到視網(wǎng)膜脫離均可從有斑點(diǎn)產(chǎn)生，到

11、形成青光眼，再到視網(wǎng)膜脫離均可探測，可用于青光眼和視網(wǎng)膜中區(qū)退化的早期診斷。探測，可用于青光眼和視網(wǎng)膜中區(qū)退化的早期診斷。第二十三頁，共27頁。Company Logo第二十四頁，共27頁。Company Logo第二十五頁，共27頁。Company Logo病理科的應(yīng)用病理科的應(yīng)用OCTOCT技術(shù)的另一個(gè)重要應(yīng)用是探測人體軟組織的早期癌技術(shù)的另一個(gè)重要應(yīng)用是探測人體軟組織的早期癌變變 。OCTOCT依據(jù)癌變組織具有與健康組織不同的光譜特性和結(jié)依據(jù)癌變組織具有與健康組織不同的光譜特性和結(jié)構(gòu)，得到組織清晰的像，由此實(shí)時(shí)而準(zhǔn)確地進(jìn)行診斷。構(gòu)，得到組織清晰的像，由此實(shí)時(shí)而準(zhǔn)確地進(jìn)行診斷。因?yàn)椴捎昧擞?jì)算機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理，所得結(jié)果與操作人員因?yàn)椴捎昧擞?jì)算機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理，所得結(jié)果與操作人員的主觀因素?zé)o關(guān)。的主觀因素?zé)o關(guān)。另外，另外， OCTOCT技術(shù)將成為對(duì)皮下組織病變進(jìn)行實(shí)時(shí)診斷而技術(shù)將成為對(duì)皮下組織病變進(jìn)行實(shí)時(shí)診斷而無需活組織檢查的一種權(quán)威方法，無需活組織檢查的一種權(quán)威方法， 但在此之前還需要更但在此之前還需要更多的臨床試驗(yàn)揭示其優(yōu)點(diǎn)及待解決的問題。多的臨床試驗(yàn)揭示其優(yōu)點(diǎn)及待解決的問題。第二十六頁，共27頁。Company LogoOCT手術(shù)導(dǎo)航手術(shù)導(dǎo)航在腦外科及神經(jīng)外科等微創(chuàng)或無創(chuàng)手術(shù)中，可借助在腦外科及神經(jīng)外科等微創(chuàng)或無創(chuàng)手術(shù)中，可借助于于OCT OCT 對(duì)淺層皮下活體組織或利用探