医学新的成像方式:光学相干层析成像


发布时间:2019-11-19 16:07 浏览量 268 views
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光学相干层析成像(optical coherence tomography, OCT)是20世纪90年代逐步发展而成的一种新的三维层析成像技术。OCT基于低相干干涉原理获得深度方向的层析能力,通过扫描可以重构出生物组织或材料内部结构的二维或三维图像,其信号对比度源于生物组织或材料内部光学反射(散射)特性的空间变化。该成像模式的核心部件包括宽带光源、迈克尔逊干涉仪和光电探测器,其轴向分辨率取决于宽带光源的相干长度,一般可以达到1-10μm,而径向分辨率与普通光学显微镜类似,决定于样品内部聚焦光斑的尺寸,一般也在微米量级。OCT具有非接触、非侵入、成像速度快(实时动态成像)、探测灵敏度高等优点。目前,OCT技术已经在临床诊疗与科学研究中获得了广泛的应用。

1.时域光学相干层析成像术(time domain optical coherence tomography,TDOCT)

由于纵向采用时间/空间逐点扫描的机制,成像速度受限,一般认为TDOCT属于OCT的第一代技术。TDOCT一般以迈克尔逊干涉仪为主体,利用单点探测器记录宽带光源(如超发光二极管)低相干干涉的时域信号。当且仅当参考臂与样品臂的光程完全匹配的情况下,才能产生干涉信号。通过参考臂的扫描,实现样品内部纵向信息(深度方向)的逐点获取。由于该扫描机制的限制,TDOCT的轴向线扫描速度(A-line)一般被限制在2-4kHz,极大的限制了TDOCT的成像速度。但是,由于其灵敏度不随深度增加而衰减,目前,TDOCT仍然用于眼前节、冠状动脉等需要较大量程的情况。

2.傅里叶域光学相干层析成像术(Fourier domain optical coherence tomography,FDOCT)

由于纵向改用傅里叶域并行探测的机制,成像速度获得了极大的提升,FDOCT一般认为是OCT的第二代技术。FDOCT通过记录低相干干涉的光谱信号,利用傅里叶分析,实现纵向的空间结构信息的并行获取。目前,根据干涉光谱信号的获取方式的不同,FDOCT大致有两种实现方法:光谱域OCT和扫频OCT。

2.1 光谱域光学相干层析成像术(Spectral domain optical coherence tomography,SDOCT)

SDOCT一般以迈克尔逊干涉仪为主体,利用线阵相机同时记录宽带光源(如超发光二极管)的低相干干涉光谱信号,通过傅里叶变换,实现样品内部纵向信息(深度方向)的并行获取。该技术不需要参考臂的机械扫描,A-line速度主要决定于相机的曝光频率,一般可以达到几十kHz,甚至数百kHz,是目前临床眼科应用的主流技术。

  下图是目前临床上常用的影像设备与血管内光学层析成像的分辨率的对比,

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CT:(Computed Tomography,),即电子计算机断层扫描,它是利用精确准直的X线束、γ射线、超声波等,与灵敏度极高的探测器一同围绕人体的某一部位作一个接一个的断面扫描,具有扫描时间快,图像清晰等特点,可用于多种疾病的检查;

CAG:( Coronary Arteriography,CAG),冠状动脉造影是诊断冠状动脉粥样硬化性心脏病(冠心病)的一种常用而且有效的方法,是一种较为安全可靠的有创诊断技术,现已广泛应用于临床,被认为是诊断冠心病的“金标准”。

IVUS:(intravenous ultrasound,IVUS)血管内超声是指无创性的超声技术和有创性的导管技术相结合,使用末端连接有超声探针的特殊导管进行的医学成像技术。血管内超声是通过心导管将微型化的超声换能器置入心血管腔内,显示心血管断面形态和(或)血流图形,主要包括超声显像技术和多普勒血流测定两方面。

OCT是目前影像设备中成像分辨率最高的仪器,目前已经广泛地应用于冠状动脉、颈动脉、眼科、牙科等的诊断。


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