基于扫频光源的人体血流成像研究(2)
结论 24
致谢 25
参考文献26
1 绪论
1.1 OCT技术概述
光学相干层析术（Optical Coherence Tomography, OCT）是近些年快速发展的一种生物医学光学成像技术，它通过样品光和参考光的干涉来重构生物组织的断层图像[1]。由于OCT技术具有采用近红外光照明、非侵入、快速成像、高空间分辨率以及高探测灵敏度等优势，该技术在材料科学和生物医学等领域得到了广泛的应用。 在过去的几年中，由于快速扫频激光光源和高速阵列探测器的发展，傅里叶域光学相干层析术（FDOCT）系统相比于时域光学相干层析术（TDOCT）系统在成像速度以及灵敏度方面得到了引人注目的发展。
1.2 OCT技术原理与分类
OCT的对比机制来源于组织中散射性质的变动，是由组织中折射率的不均匀所造成。根据信号探测方式的不同，OCT主要可以分为时域光学相干层析术（时域OCT，TDOCT）[2]与傅里叶域光学相干层析术（傅里叶域OCT，FDOCT）[3]。其中，时域OCT是通过机械扫描参考镜获得样品的深度信号，傅里叶域OCT系统则是参考镜保持静止，利用探测器对宽带光源的干涉光谱进行探测，然后通过傅里叶变换来重构样品的深度信号。由于参考镜保持静止，傅里叶域OCT具有更高的相位稳定性，并且可以极大的提高成像速度。[4]
1.2.1 时域OCT
如图1（a）所示，时域OCT系统核心为迈克尔逊干涉仪。光源发出的光分为两束，一束光进入样品臂，另一束光进入参考臂。参考镜反射光与样品散射光经原路返回，并相干叠加。最终由光电探测器进行探测。由于光程差仅在相干长度范围内的光才能发生干涉，通过移动参考臂便能实现样品不同深度的扫描。由多次连续纵向扫描，便可恢复一幅二文生物组织的截面图像。我们需要控制参考臂进行扫描来实现深度探测，因而时域OCT的成像速度很低。
1.2.2 傅里叶域OCT
根据文纳-辛钦定理，干涉信号的自相关函数与光源的功率谱密度互为傅里叶对，因而不同光程差所调制的干涉信号对应着不同的光谱分量。傅里叶域OCT在傅里叶域对纵向信息并行探测获取深度信号，无需移动参考光臂，因此可以极大提高成像的速度，还能够增强信噪比。
根据对干涉光谱探测方式不同，可以将傅里叶域OCT分为谱域OCT[5]与扫频OCT[6]。其中，谱域OCT是通过光谱仪、CCD进行分光，而扫频OCT是通过快速扫频可调谐激光器进行分光。如图1.1（b）所示，谱域OCT只需将干涉光准直后通过光谱仪分光，进行傅里叶变换便能恢复出生物样品整个深度的信息。如图1（c），扫频OCT基于扫频光源进行探测，光谱根据时间进行编码，通过对采集到的干涉信号进行傅里叶变换即能恢复出生物样品整个深度的信息。由于长波段的CCD非常昂贵，谱域OCT系统一般工作在800nm波段，而扫频OCT系统可以工作在更长的波段（1310nm），由于长波段的光在生物组织中散射要比短波在生物组织中的散射弱,因而扫频OCT的出现使傅里叶域OCT的成像深度得到了显著提高。但最佳的光谱范围仍然取决于成像系统应用的领域，比如在视网膜成像方面，为了获得最大的轴向分辨率，工作与800nm波段的谱域OCT则是最佳选择。
（a）时域OCT原理图 （b）谱域OCT原理图 （c）扫频OCT原理图
图1.1 OCT系统原理示意图
1.3 OCT技术发展与应用
在过去的几年中，由于快速扫频激光光源和高速阵列探测器的发展，傅里叶域光学相干层析术（FDOCT）系统相比于时域光学相干层析术（TDOCT）系统在成像速度以及灵敏度方面得到了引人注目的发展。OCT的第一次临床应用是用于眼科，进行眼部成像以及视网膜的疾病诊断。近来，OCT的应用已经扩展到对血管、口腔和皮肤的皮下结构，以及呼吸系统、泌尿系统和消化系统的光学成像。下面分别介绍时域OCT、谱域OCT与扫频OCT的应用领域与发展状况。
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