高分辨光学相干显微技术及细胞成像实验(2)
光学显微技术是近年来继共焦扫描显微镜之后发展起来的一种新型光学成像技术，它利用弱相干光干涉仪的基本原理，检测生物组织不同深度层面对入射弱相干光的背向散射信号，通过扫描，可得到生物组织二文或三文结构图像。它是一种非接触、无损伤成像技术，比传统的超声波探测高1 到2 个数量级,成像速率达到1 幅/秒,可以实现二文或三文成像. 其灵敏度能够大于100dB， 在高散射生物组织中成像深度可达3mm。从探测深度、分辨率、简单实用等角度综合考虑,光学相干显微术被认为是很有发展前途的一种新型光学成像技术,在科学研究和医学临床具有广泛的应用前景。目前，OCM的主要应用是活体的诊断、监控以及治疗过程中的监测以及工业检测等方面。
1. 2 现状和发展趋势
1.2.1 发展进程
高分辨率的光学相干显微术是近代迅速发展起来的一种新的光学显微术, 亦是近代生物医学图像仪器的最重要发展之一尽管有关共聚焦显微镜的某些技术原理已提出, 但直到九十年才发展成现在通常意义上的第一代激光共焦扫描显微镜, 近几年来随着生物学及生物医学研究的深入, 已发现传统光学显微镜、近场显微镜、激光共焦扫描显微镜等存在的严重局限, 上述光学方法皆不能得到活体生物深层组织的清晰图像, 它们只能适用于相对透明的样品，近年来随着光学和光子学技术的进展, 一种新的光学显微镜—光学相干显微术获得了极大的研究进展, 它可对高散射介质、高密度非透明样品显微成像，科学家认为它将为生物和生物医学研究提供一种崭新的非侵入测量技术和诊断手段, 将是应用于医学临床最有发展前途的一种新型光技术，光学相干显微术是将共焦显微术与低相干干涉技术结合成一体的新技术。
光学相干层析成像技术的关键之一是图像分辨率，其横向分辨率取决于聚焦光斑大小和扫描系统，光斑越小，扫描系统越精密，横向分辨率就越高；纵向分辨率取决于光源相干长度，相干长度和光源半高谱宽与中心波长密切相关。因此，光学相干层析成像系统对光源有较高要求：频谱较宽、输出功率高、稳定性好、易于耦合等。超辐射发光二极管光源发出的光谱宽度在40~70nm之间，对应的分辨率为20~5μm。普通发光二极管也可以达到20μm左右的纵向分辨率，但在一些医学特定领域其分辨率还是不够。而且普通发光二极管还会带来难以处理的噪声。综合考虑，超辐射发光二极管光源和超短脉冲飞秒激光是目前的理想光源。但这种通过拓宽光谱宽度来提高纵向分辨率的方法无疑又增加了系统的成本，不利于光学相干层析成像的推广应用,研究人员在干涉仪参考臂上安装了3个特定间距的参考镜，以替代传统的光学相干层析成像系统一个参考镜的方法产生参考光束，同时通过调节3个参考镜之间的相对间距和相对强度，可以减少轴向点扩展函数的宽度，从而提高了系统的纵向分辨率。最初的光学相干层析成像系统在参考臂上，一般装有一个线性电流计或压电陶瓷以改变参考臂的光学延迟，但均有一定的缺陷：一般电流计不能提供足够大的机械位置移动，以保证图像的实时性；而压电陶瓷虽可以完成快速扫描，却需要更大的电力消耗，还会因为滞后、非平衡补偿偏振分散和较差的温度稳定性等因素影响而引起非线性条纹调制。现在大都采用相位控制技术的高速光学延迟线：在参考臂上安装一个傅立叶透镜，将和电流计相连的反射镜固定在傅立叶透镜平面上。改变电流计上反射镜的角度，可以改变光束的延迟，这样可以达到3mm的光学延迟，每秒可以扫描2000个轴向点，从而提高了系统的时间响应。
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