什么是光学相干断层扫描（OCT）？光学相干断层扫描工作原理

光学相干断层扫描（OCT）是一种成像技术，无需侵入性程序即可生成详细的横截面图像。它分析研究对象和附近参考点的干扰信号。在医学领域，OCT 经常被用于诊断疾病和监测治疗进展，提供器官组织的实时视觉效果。该系统具有令人印象深刻的深度分辨率，通常在 5 到 10 微米之间，可对活体组织进行无创光学活检。

它是一种类似于超声波的成像方式，但它使用散射光波（通常在近红外到红外范围内）来创建特定组织区域的图像。为了实现捕捉特定组织部位散射光的灵敏度和选择性，OCT 依赖于散射光和参考光束之间的干涉。这种成像技术尤其适用于高散射材料，如硬组织。

当两个光源的波面重叠并具有明确的相位关系时，就会发生干涉。这种相干性或相位关系保持在一定的距离内，称为相干长度。当参考光束和从散射点反射的光线来自同一光源时，只有当它们的路径长度差在相干长度范围内时，才会产生明显的干涉图案。

OCT 的工作原理

光源发出一束光射向样品。部分光线会从样本的不同深度散射或反射回来。这是由于组织成分和结构的变化造成的。参考镜反射来自光源的部分光线，形成参考光束。来自样本的散射光和参考光束结合后进入检测器。检测器测量光线到达样本不同深度再返回检测器所需的时间。它还能测量光的强度。通过比较参考光束和穿过样品的光束，OCT 可以计算出每束反射光所经过的距离。有了这些信息，OCT 就能绘制出样品的横截面图像。当光源光束和探测器穿过样品时，会捕捉到多个横截面图像，将它们组合起来，就能生成样品内部结构的详细三维图像。

OCT 中的高相干和低相干光源

在光学相干断层扫描中，调整参考光束的位置会使参考镜反射的光和被检查样本散射的光子的路径长度产生差异。

高相干性光源：

在使用全相干光源（如高相干激光）时，即使参考镜在很大的路径长度范围内移动，参考光束和后向散射光束之间的干涉仍能保持。这种设置无法对来自样品特定深度的背向散射进行选择。

低相干性光源：

对于相干长度较短的低相干光源，只有当参考光束和背向散射光束的路径差在相干长度范围内时，它们之间才会产生干涉图案。在三维散射介质中，这意味着在参考镜的任何给定位置，只有特定深度范围（由相干长度决定）的背向散射光会出现干涉。通过扫描参考镜，可以实现深度分辨，由此产生的干涉图案包含了样品折射率变化的信息，从而能够生成光学图像。

在 OCT 中，轴向（深度）分辨率取决于光源的相干长度。相干长度越短，深度分辨率越高。为此，需要使用明亮但不相干的光源，如超发光二极管（SLD），或相干性较差的激光，如带宽较宽的飞秒激光光源。

基于光纤的 OCT
 

该装置采用双芯光纤。光纤的一个纤芯携带宽带光源，并将其分为两条路径：样品探针和参考信号。光纤的第二个芯收集背向散射信号和反射参考信号，将它们结合起来生成干涉图案。

OCT 的优势

高分辨率成像，分辨率达 4-20 微米 
可进行实时成像
基于光纤的设计允许与小型导管/内窥镜集成
OCT 的临床优势

基于光纤的 OCT 系统结构紧凑、便于携带、无需物理接触，并可与激光光谱仪和多普勒测速仪集成。

OCT 的应用

光学相干断层扫描在医学、眼科和材料科学等各个领域都有大量应用。它被广泛应用于眼科，以观察视网膜的各层结构。OCT 有助于诊断和监测黄斑变性、糖尿病视网膜病变和青光眼等疾病。它可用于眼球前段成像，包括前房、虹膜和角膜结构。这对青光眼评估和白内障评估很有价值。它用于从内部观察血管，使心脏病专家能够评估动脉斑块、支架和血管管腔尺寸。这也有助于指导血管成形术等介入手术。OCT 可以提供皮肤层的高分辨率图像。它可以帮助皮肤科医生诊断和监测皮肤病，如皮肤癌、牛皮癣和湿疹。

这种技术用于观察胃肠道的粘膜和粘膜下层，有助于巴雷特食管和结肠直肠癌等疾病的检测和分期。它可用于研究视网膜和视神经头的各层，从而深入了解多发性硬化症和阿尔茨海默病等神经退行性疾病。OCT 用于评估牙科组织，包括牙釉质、牙本质和牙周结构。它有助于诊断龋齿、评估牙齿修复质量和评价牙周疾病。OCT 可用于检查材料和涂层的内部结构，因此在航空航天、电子和制造等行业的质量控制和研究中具有重要价值。

OCT 可帮助观察耳鼻喉的解剖结构，有助于诊断和治疗慢性鼻窦炎、声带疾病和耳部疾病。它可用于检查肿瘤的微观结构，并在手术过程中评估肿瘤边缘，帮助外科医生更精确地切除癌组织。OCT 被广泛用于研究各种生物和物理现象。它可以进行非破坏性成像，为复杂系统提供有价值的洞察力。

它在心脏病学中用于观察血管内部，提供有助于诊断和治疗心血管疾病的详细图像。OCT 可用于检测和测量各种材料，包括半导体晶片、涂层和层状结构，因此对制造过程中的质量控制和流程优化非常有价值。