OCT技術(shù)專題知識課件

1、OCT技術(shù)光學(xué)相干層析成像(Optical Coherence Tomography)1OCT技術(shù)專題知識10/3/2022OCT技術(shù)1OCT技術(shù)專題知識10/2/20221. OCT概念和原理 2.OCT儀器構(gòu)成 3.數(shù)據(jù)采集與信號處理 4. 頻域OCT 5. 應(yīng)用案例 2OCT技術(shù)專題知識10/3/20221. OCT概念和原理 2OCT技術(shù)專題知識10/2/202OCT即光學(xué)層析成像技術(shù): 利用弱相干光干涉儀的基本原理，檢測生物組織不同深度層面對入射弱相干光的背向反射或幾次散射信號 通過掃描，得到生物組織二維或三維結(jié)構(gòu)圖像。 分兩類: 時域OCT（TD-OCT）；頻域OCT（FD-OCT

2、） 時域OCT是把在同一時間從組織中反射回來的光信號與參照反光鏡反射回的光信號疊加、干涉，然后成像。 頻域OCT是參考臂的參照反光鏡固定不動，通過改變光源光波的頻率來實現(xiàn)信號的干涉。1、OCT概念和原理3OCT技術(shù)專題知識10/3/2022OCT即光學(xué)層析成像技術(shù):1、OCT概念和原理3OCT技術(shù)專超聲的光學(xué)模擬品;軸向分辨力： 取決于光源相干特性，可達(dá)10um 穿透深度： 幾乎不受眼透明屈光介質(zhì)的限制可觀察眼前節(jié)， 又能顯示眼后節(jié)的形態(tài)結(jié)構(gòu)。1、OCT概念和原理4OCT技術(shù)專題知識10/3/2022超聲的光學(xué)模擬品;1、OCT概念和原理4OCT技術(shù)專題知識1 2. OCT儀器構(gòu)成由低相干光源

3、，光纖邁克爾遜干涉儀和光電探測系統(tǒng)組成。5OCT技術(shù)專題知識10/3/2022 2. OCT儀器構(gòu)成由低相干光源，光纖邁克爾遜干涉儀和光電 干涉儀： 一臂是作精密掃描的參考反射鏡，產(chǎn)生參考光。 一臂放置待檢測組織樣品。 1.光源發(fā)出的光經(jīng)過22的光纖耦合器后，被均勻地分成兩束，分別進(jìn)入放有反射鏡的參考臂和放有被測樣品的樣品臂。 2.照在樣品上的光進(jìn)入樣品組織內(nèi)部，經(jīng)過樣品反射回來的光與反射鏡反射回來的參考光經(jīng)光纖耦合器匯合到探測器處。 2 OCT儀器構(gòu)成6OCT技術(shù)專題知識10/3/2022 干涉儀： 2 OCT儀器構(gòu)成6OCT技術(shù)專題知識10/2/ 只有當(dāng)反射鏡反射回的參考光和生物樣品反射的

4、信號光的光程差匹配時才能產(chǎn)生干涉; 光程差不能為一個相干長度。 由樣品反射回來光的強(qiáng)弱與樣品的組織密切相關(guān) 光信號包含組織的散射系數(shù)和吸收系數(shù)等信息， 所以： 信號的強(qiáng)度反映了樣品的反射強(qiáng)度 。OCT特點：1 分辨率高 2 無輻射，非侵入3 高探測靈敏度 4 實時成像，速度快 2 OCT儀器構(gòu)成7OCT技術(shù)專題知識10/3/2022 只有當(dāng)反射鏡反射回的參考光和生物樣品反射的信號光的光程差匹3 數(shù)據(jù)采集與信號處理此部分將光學(xué)干涉信號轉(zhuǎn)換成電流信號，處理得到光學(xué)干涉信號的包絡(luò)。再進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，存儲到計算機(jī)里。下圖為電信號處理示意圖。1.首先通過帶通濾波器濾掉干涉信號中的直流成分及低頻噪聲；2.然

5、后將帶通信號與本振信號相乘，或自身平方；3. 再通過低通濾波器，就可獲得包絡(luò)信號。8OCT技術(shù)專題知識10/3/20223 數(shù)據(jù)采集與信號處理此部分將光學(xué)干涉信號轉(zhuǎn)換成電流信號，處包絡(luò)9OCT技術(shù)專題知識10/3/2022包絡(luò)9OCT技術(shù)專題知識10/2/2022 FD-OCT成像系統(tǒng)，分兩種：（1）激光掃描OCT（SS-OCT） 利用波長可變的激光光源發(fā)射不同波長的光波；（2）光譜OCT（SD-OCT） 利用高解像度的光度儀來分離不同波長的光波。 最大優(yōu)點：更高速度的掃描 每秒鐘掃描幀數(shù)為100幀，回撤速度大于20mm/s。 圖像的分辨率也得到提高 更清楚的看到病變的微細(xì)結(jié)構(gòu)特征。4 頻域O

6、CT技術(shù)10OCT技術(shù)專題知識10/3/2022 FD-OCT成像系統(tǒng)，分兩種：4 頻域OCT技術(shù)10OCT激光掃描OCT（SS-OCT） 光譜OCT （SD-OCT）4 頻域OCT技術(shù)11OCT技術(shù)專題知識10/3/2022激光掃描OCT 光譜OCT 4 頻域OCT技術(shù)11OCT技術(shù)光譜儀，又稱分光儀，分單色儀和多色儀。以光電倍增管等光探測器測量譜線不同波長位置強(qiáng)度的裝置。構(gòu)造： 一個入射狹縫，一個色散系統(tǒng)， 一個成像系統(tǒng)，一個或多個出射狹縫。以色散元件將輻射源的電磁輻射分離出所需要的波長或波長區(qū)域，并在選定的波長上進(jìn)行強(qiáng)度測定。4 頻域OCT技術(shù)12OCT技術(shù)專題知識10/3/2022光譜

7、儀，又稱分光儀，分單色儀和多色儀。4 頻域OCT技術(shù)12光譜儀，又稱分光儀，分單色儀和多色儀。以光電倍增管等光探測器測量譜線不同波長位置強(qiáng)度的裝置。構(gòu)造： 一個入射狹縫，一個色散系統(tǒng)， 一個成像系統(tǒng)，一個或多個出射狹縫。以色散元件將輻射源的電磁輻射分離出所需要的波長或波長區(qū)域，并在選定的波長上進(jìn)行強(qiáng)度測定。4 頻域OCT技術(shù)13OCT技術(shù)專題知識10/3/2022光譜儀，又稱分光儀，分單色儀和多色儀。4 頻域OCT技術(shù)134 頻域OCT技術(shù)典型的光譜儀主要由一個光學(xué)平臺和一個檢測系統(tǒng)組成。包括：1. 入射狹縫: 在入射光的照射下形成光譜儀成像系統(tǒng)的物點。2. 準(zhǔn)直元件: 使狹縫發(fā)出的光線變?yōu)槠?/p>

8、行光。該準(zhǔn)直元件可以是一獨立的透鏡、反射鏡、或直接集成在色散元件上，如凹面光柵光譜儀中的凹面光柵。3. 色散元件: 通常采用光柵，使光信號在空間上按波長分散成為多條光束。4. 聚焦元件: 聚焦色散后的光束，使其在焦平面上形成一系列入射狹縫的像，其中每一像點對應(yīng)于一特定波長。5. 探測器陣列：放置于焦平面，用于測量各波長像點的光強(qiáng)度。該探測器陣列可以是CCD陣列或其它種類的光探測器陣列。14OCT技術(shù)專題知識10/3/20224 頻域OCT技術(shù)典型的光譜儀主要由一個光學(xué)平臺和一個檢測主要應(yīng)用領(lǐng)域:發(fā)現(xiàn)各種微小病變，協(xié)助診斷；確定病變位置； 病變厚度測量，用于疾病的隨診、療效判斷； 發(fā)病機(jī)制的探討

9、。眼科：可提供顯現(xiàn)視網(wǎng)膜病變的影像，藉以診斷和監(jiān)控青光眼及黃斑水腫等視網(wǎng)膜疾病。 耳鼻喉科：可通過表皮及皮下膜的成像判斷是否感染致病細(xì)菌，以提升診斷準(zhǔn)確度。 5 應(yīng)用案例(1)15OCT技術(shù)專題知識10/3/2022主要應(yīng)用領(lǐng)域:5 應(yīng)用案例(1)15OCT技術(shù)專題知識10/牙科：確定 X 光和目測都無法發(fā)現(xiàn)的早期齲齒及某些牙齦疾病，以進(jìn)行更有效的預(yù)防程序；動脈疾?。簯?yīng)用于臨床上對于動脈粥樣硬化斑塊進(jìn)展的研究,以及介入治療與藥物干預(yù)上的臨床結(jié)果。 可更深入的評價治療方案。 可以檢測到很多腔內(nèi)血管內(nèi)膜和斑塊表面一些特殊的結(jié)構(gòu)，包括血栓、纖維斑塊及夾層或侵蝕、潰瘍等。5 應(yīng)用案例(1)16OCT技

10、術(shù)專題知識10/3/2022牙科：確定 X 光和目測都無法發(fā)現(xiàn)的早期齲齒及某些牙齦疾病，跨科手術(shù): OCT 可在去除腫瘤的手術(shù)過程中分析有無癌癥。 一般而言，外科醫(yī)生取出腫瘤周圍組織時，總是希望去除所有的癌癥細(xì)胞。去除的腫瘤及周圍的組織會送至病理實驗室進(jìn)行幾周的分析，然后做出術(shù)后書面報告。 由于 OCT 影像在組織學(xué)和病理學(xué)應(yīng)用當(dāng)中采用相同的分辨率，因此手術(shù)室中的 OCT 系統(tǒng)能夠讓外科醫(yī)生在手術(shù)過程中確切知道需要去除多少組織，同時留下多少安全邊緣部份，如此便不會錯誤去除未感染癌癥的組織，因而省卻后續(xù)手術(shù)的費用及痛苦。 OCT 技術(shù)能夠讓醫(yī)生實時看見組織學(xué)分辨率的影像，以便在第一次進(jìn)行去除腫瘤

11、的外科手術(shù)時做出更好的決定。 5 應(yīng)用案例(1)17OCT技術(shù)專題知識10/3/2022跨科手術(shù):5 應(yīng)用案例(1)17OCT技術(shù)專題知識10/2/5 應(yīng)用案例(2)18OCT技術(shù)專題知識10/3/20225 應(yīng)用案例(2)18OCT技術(shù)專題知識10/2/2022A、B和C掃描的區(qū)別：A型掃描顯示：是將接收到的信號處理成波形圖像，根據(jù)波形的形狀可以看出被測物體里面是否有異常和缺陷在那里、有多大等；B型掃描顯示：是將并排很多條經(jīng)過輝度處理的探測信息組合成的二維的、反映出被測物體內(nèi)部斷層切面的解剖圖像；C型掃描顯示：C型掃描顯示儀器示波屏代表被檢工件的投影面，這種顯示能繪出缺陷的水平投影位置，但不

12、能給出缺陷的埋藏深度。5 應(yīng)用案例(2)19OCT技術(shù)專題知識10/3/2022A、B和C掃描的區(qū)別：5 應(yīng)用案例(2)19OCT技術(shù)專題知20OCT技術(shù)專題知識10/3/202220OCT技術(shù)專題知識10/2/202221OCT技術(shù)專題知識10/3/202221OCT技術(shù)專題知識10/2/202222OCT技術(shù)專題知識10/3/202222OCT技術(shù)專題知識10/2/2022AD卡：alazartech的ATS9350（2通道 12bit 500MS/s 65000元）DA卡：星碩華創(chuàng)的 （100K 12bitUSB接口 2000元） 其AD卡：信噪比不太好，質(zhì)量不過關(guān)。QT的DA卡：沒有那

13、么低采樣率的。alazartech的卡占有率高的主要原因：1、NoPre-Trigger(NPT)AutoDMA采集模式很重要 傳統(tǒng)DMA模式，內(nèi)存和CPU開銷太大，設(shè)備無法實現(xiàn)實時成像。2、采用外時鐘，同時增加第二路觸發(fā)，也稱為frametrigger?？蛻粜枨螅汗庾V儀OCT每年200臺，掃頻OCT每年10臺， 若掃頻OCT成本降下去，可能會更多。5 應(yīng)用案例(3)-目標(biāo)客戶23OCT技術(shù)專題知識10/3/2022AD卡：alazartech的ATS9350（2通道 12b第五代高清高速前后節(jié)聯(lián)合OCT：成像清晰度可達(dá)3微米，掃描速度可達(dá)6萬線每秒， 成像速度可達(dá)128幅每秒。1秒鐘可以完成

14、3D密集掃描。功能：成像包括角膜、房角、虹膜及晶體、黃斑、視盤、視盤環(huán)掃等。 計算功能強(qiáng)大：基于海量數(shù)據(jù)三維數(shù)據(jù)重建真實，多種報告格式。不僅是視網(wǎng)膜OCT，還是角膜OCT及視盤分析系統(tǒng)。5 應(yīng)用案例(4)儀和儀美OCT24OCT技術(shù)專題知識10/3/2022第五代高清高速前后節(jié)聯(lián)合OCT：5 應(yīng)用案例(4)儀和儀第五代先進(jìn)性：眼球定位功能 實時OCT噪聲降低技術(shù)（ART） 縱向分辨率：優(yōu)于3微米 橫向分辨率：優(yōu)于10微米 縱向掃面深度：2mm 橫向掃面寬度：10mm 成像最小瞳孔：2mm 掃描速度：6萬線每秒 成像速度：128幅每秒光源：850nm寬帶超輻射發(fā)光二極管屈光調(diào)節(jié)范圍：-15D-+

15、15D掃描模式：單幀掃描，單幀精細(xì)掃描， 三維掃描，三維精細(xì)掃描 黃斑模式，視盤模式 角膜模式，房角模式 虹膜及晶體模式 彩色方式（彩色可調(diào)） 顯示方式： 動態(tài)回放 黑白灰度方式（亮度可調(diào)）反白方式 - （亮度可調(diào)）數(shù)據(jù)處理：距離、體積角膜、黃斑、RPE、視神經(jīng)厚度視盤杯盤比視盤3.45環(huán)掃房角測量 輸出、打印：輸出圖像文件黃斑、視盤分析報告角膜分析報告視神經(jīng)纖維分析報告地形圖報告 視盤環(huán)掃報告5 應(yīng)用案例(4)儀和儀美OCT25OCT技術(shù)專題知識10/3/2022第五代先進(jìn)性：5 應(yīng)用案例(4)儀和儀美OCT25OCT技 可呈前后段 OCT 影像獨有的免散瞳眼底彩照功能，與 OCT 一一對應(yīng)

16、。 既有利于眼底病的綜合診斷又保證檢查的可重復(fù)性。三維成像技術(shù)、解剖學(xué)分層技術(shù)及三維病變定位技術(shù)，為診斷和治療提供更多信息。 多種掃描方式，可清晰呈現(xiàn)高度近視、白內(nèi)障等患者的眼底影像。 掃描最快的 OCT，每秒 10萬 次 A- 掃描 掃 描深 度 更 深，采 用 1050nm 的 高 穿 透 性不 可見 光，脈 絡(luò) 膜與鞏膜清晰可見 可分辨視網(wǎng)膜 7 層結(jié)構(gòu)，首次得到脈絡(luò)膜厚度地形圖 均勻的高清畫質(zhì)成像，最有最好的分辨率，白內(nèi)障與出血下 也能高清成像 超寬掃描，線掃最長 12mm，3D 掃最大為 12mmX9mm5 應(yīng)用案例(5)Topcon 拓普康26OCT技術(shù)專題知識10/3/2022 可呈前后段 OCT 影像獨有的免散瞳眼底彩照27OCT技術(shù)專題知識10/3/202227OCT技術(shù)專題知識10/2/2022條件數(shù)據(jù)量與傳輸速度單次A-scan的 采樣數(shù)320個采樣單次B-scan 采樣數(shù)(幀像）320 x 256 = 81,920個采樣單次V-scan 采樣數(shù) （Volume）320 x 256 x 256 = 20,971,520 個采樣每秒的Volume 數(shù)量12 volumes/秒每秒B-scan次 數(shù)256 x 12 = 每秒3,072 次B-scan每秒的采樣數(shù)量20,971,520 x 12 = 每秒