1、OCT技术技术光学相干层析成像光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography)1OCT技术专题知识11/10/20221.OCT概念和原理 2.OCT仪器构成 3.数据采集与信号处理 4.频域OCT 5.应用案例 2OCT技术专题知识11/10/2022l OCT即光学层析成像即光学层析成像技术技术: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反射或几次散射信号 通过扫描，得到生物组织二维或三维结构图像。l 分两类分两类:时域OCT（TD-OCT）；频域OCT（FD-OCT）l 时域时域OCT是把在同一时间从组织中反射回来的光信号与参照
2、反光镜反射回的光信号叠加、干涉，然后成像。l 频域频域OCT是参考臂的参照反光镜固定不动，通过改变光源光波的频率来实现信号的干涉。1、OCT概念和原理3OCT技术专题知识11/10/2022l 超声的光学模拟品;l 轴向分辨力：取决于光源相干特性，可达10um l 穿透深度：几乎不受眼透明屈光介质的限制l 可观察眼前节，又能显示眼后节的形态结构。1、OCT概念和原理4OCT技术专题知识11/10/2022 2.OCT仪器构成仪器构成l 由低相干光源，光纤迈克尔逊干涉仪和光电探测系统组成。5OCT技术专题知识11/10/2022l 干涉仪：干涉仪：一臂是作精密扫描的参考反射镜参考反射镜，产生参考
3、光。一臂放置待检测组织样品待检测组织样品。1.光源发出的光经过22的光纤耦合器后，被均匀地分成两束，分别进入放有反射镜的参考臂和放有被测样品的样品臂。2.照在样品上的光进入样品组织内部，经过样品反射回来的光与反射镜反射回来的参考光经光纤耦合器汇合到探测器处。2 OCT仪器构成仪器构成6OCT技术专题知识11/10/2022l 只有当反射镜反射回的参考光和生物样品反射的信号光的光程差匹配时才能产生干涉;光程差不能为一个相干长度。l 由样品反射回来光的强弱与样品的组织密切相关 光信号包含组织的散射系数和吸收系数等信息，所以：信号的强度反映了样品的反射强度。OCT特点：特点：1 分辨率高 2 无辐射
4、，非侵入3 高探测灵敏度 4 实时成像，速度快 2 OCT仪器构成仪器构成7OCT技术专题知识11/10/20223 3 数据采集与信号处理数据采集与信号处理l 此部分将光学干涉信号转换成电流信号，处理得到光学干涉信号的包络。再进行模数转换模数转换，存储到计算机里。下图为电信号处理示意图。1.首先通过带通滤波器滤掉干涉信号中的直流成分及低频噪声；2.然后将带通信号与本振信号相乘，或自身平方；3.再通过低通滤波器，就可获得包络信号。8OCT技术专题知识11/10/2022包络包络9OCT技术专题知识11/10/2022l FD-OCT成像系统成像系统，分两种：（1）激光扫描OCT（SS-OCT）
5、利用波长可变的激光光源发射发射不同波长的光波；（2）光谱OCT（SD-OCT）利用高解像度的光度仪来分离分离不同波长的光波。l 最大最大优优点点：更高速度的扫描更高速度的扫描 每秒钟扫描帧数为100帧，回撤速度大于20mm/s。l 图像的分辨率也得到提高图像的分辨率也得到提高 更清楚的看到病变的微细结构特征。4 4 频域频域OCTOCT技术技术10OCT技术专题知识11/10/2022激光扫描OCT（SS-OCT）光谱OCT（SD-OCT）4 4 频域频域OCTOCT技术技术11OCT技术专题知识11/10/2022l 光谱仪光谱仪，又称分光仪，分单色仪和多色仪。l 以光电倍增管等光探测器测量
6、谱线不同波长位置强度的装置。l 构造：一个入射狭缝，一个色散系统，一个成像系统，一个或多个出射狭缝。l 以色散元件将辐射源的电磁辐射分离出所需要的波长或波长区域，并在选定的波长上进行强度测定。4 4 频域频域OCTOCT技术技术12OCT技术专题知识11/10/2022l 光谱仪光谱仪，又称分光仪，分单色仪和多色仪。l 以光电倍增管等光探测器测量谱线不同波长位置强度的装置。l 构造：一个入射狭缝，一个色散系统，一个成像系统，一个或多个出射狭缝。l 以色散元件将辐射源的电磁辐射分离出所需要的波长或波长区域，并在选定的波长上进行强度测定。4 4 频域频域OCTOCT技术技术13OCT技术专题知识1
7、1/10/20224 4 频域频域OCTOCT技术技术典型的光谱仪光谱仪主要由一个光学平台和一个检测系统组成。包括：1.入射狭缝入射狭缝:在入射光的照射下形成光谱仪成像系统的物点。2.准直元件准直元件:使狭缝发出的光线变为平行光。该准直元件可以是一独立的透镜、反射镜、或直接集成在色散元件上，如凹面光栅光谱仪中的凹面光栅。3.色散元件色散元件:通常采用光栅，使光信号在空间上按波长分散成为多条光束。4.聚焦元件聚焦元件:聚焦色散后的光束，使其在焦平面上形成一系列入射狭缝的像，其中每一像点对应于一特定波长。5.探测器阵列：探测器阵列：放置于焦平面，用于测量各波长像点的光强度。该探测器阵列可以是CCD
8、阵列或其它种类的光探测器阵列。14OCT技术专题知识11/10/2022主要应用领域主要应用领域:l 发现各种微小病变，协助诊断；确定病变位置；病变厚度测量，用于疾病的随诊、疗效判断；发病机制的探讨。l 眼科眼科：可提供显现视网膜病变的影像，藉以诊断和监控青光眼及黄斑水肿等视网膜疾病。l 耳鼻喉科：耳鼻喉科：可通过表皮及皮下膜的成像判断是否感染致病细菌，以提升诊断准确度。5 5 应用案例应用案例(1)(1)15OCT技术专题知识11/10/2022l 牙科牙科：确定 X 光和目测都无法发现的早期龋齿及某些牙龈疾病，以进行更有效的预防程序；l 动脉动脉疾病：疾病：应用于临床上对于动脉粥样硬化斑块
9、进展的研究,以及介入治疗与药物干预上的临床结果。可更深入的评价治疗方案。可以检测到很多腔内血管内膜和斑块表面一些特殊的结构，包括血栓、纤维斑块及夹层或侵蚀、溃疡等。5 5 应用案例应用案例(1)(1)16OCT技术专题知识11/10/2022跨科手术跨科手术:OCT 可在去除肿瘤的手术过程中分析有无癌症。一般而言，外科医生取出肿瘤周围组织时，总是希望去除所有的癌症细胞。去除的肿瘤及周围的组织会送至病理实验室进行几周的分析，然后做出术后书面报告。由于 OCT 影像在组织学和病理学应用当中采用相同的分辨率，因此手术室中的 OCT 系统能够让外科医生在手术过程中确切知道需要去除多少组织，同时留下多少
10、安全边缘部份，如此便不会错误去除未感染癌症的组织，因而省却后续手术的费用及痛苦。OCT 技术能够让医生实时看见组织学分辨率的影像，以便在第一次进行去除肿瘤的外科手术时做出更好的决定。5 5 应用案例应用案例(1)(1)17OCT技术专题知识11/10/20225 5 应用案例应用案例(2)(2)18OCT技术专题知识11/10/2022A、B和和C扫描的区别：扫描的区别：A型扫描显示：型扫描显示：是将接收到的信号处理成波形图像，根据波形的形状可以看出被测物体里面是否有异常和缺陷在那里、有多大等；B型扫描显示：型扫描显示：是将并排很多条经过辉度处理的探测信息组合成的二维的、反映出被测物体内部断层
11、切面的解剖图像；C型扫描显示：型扫描显示：C型扫描显示仪器示波屏代表被检工件的投影面，这种显示能绘出缺陷的水平投影位置，但不能给出缺陷的埋藏深度。5 5 应用案例应用案例(2)(2)19OCT技术专题知识11/10/202220OCT技术专题知识11/10/202221OCT技术专题知识11/10/202222OCT技术专题知识11/10/2022AD卡卡：alazartech的ATS9350（2通道 12bit 500MS/s 65000元）DA卡卡：星硕华创的 （100K 12bit USB接口 2000元）其AD卡：信噪比不太好，质量不过关。l QT的的DA卡卡：没有那么低采样率的。l
12、alazartech的卡占有率高的主要主要原因原因：1、No Pre-Trigger(NPT)AutoDMA 采集模式很重要 传统DMA模式，内存和CPU开销太大，设备无法实现实时成像。2、采用外时钟，同时增加第二路触发，也称为frame trigger。l 客户客户需求：需求：光谱仪OCT每年200台，扫频OCT每年10台，若扫频OCT成本降下去，可能会更多。5 5 应用案例应用案例(3)-(3)-目标客户目标客户23OCT技术专题知识11/10/2022第五代高清高速前后节联合第五代高清高速前后节联合OCT：成像清晰度可达3微米，扫描速度可达6万线每秒，成像速度可达128幅每秒。1秒钟可以
13、完成3D密集扫描。功能：功能：成像包括角膜、房角、虹膜及晶体、黄斑、视盘、视盘环扫等。计算功能强大：计算功能强大：基于海量数据三维数据重建真实，多种报告格式。不仅是视网膜OCT，还是角膜OCT及视盘分析系统。5 5 应用案例应用案例(4)(4)仪和仪美仪和仪美OCTOCT24OCT技术专题知识11/10/2022第五代先进性：第五代先进性：眼球定位功能 实时OCT噪声降低技术（ART）纵向分辨率：纵向分辨率：优于3微米 横向分辨率：横向分辨率：优于10微米 纵向扫面深度：纵向扫面深度：2mm 横向扫面宽度：横向扫面宽度：10mm 成像最小瞳孔：成像最小瞳孔：2mm 扫描速度：扫描速度：6万线每
14、秒 成像速度：成像速度：128幅每秒 光源：光源：850nm宽带超辐射发光二极管屈光调节范围：屈光调节范围：-15D-+15D扫描模式：扫描模式：单帧扫描，单帧精细扫描，三维扫描，三维精细扫描 黄斑模式，视盘模式 角膜模式，房角模式 虹膜及晶体模式 彩色方式（彩色可调）显示方式：显示方式：动态回放 黑白灰度方式（亮度可调）反白方式-（亮度可调）数据处理：数据处理：距离、体积 角膜、黄斑、RPE、视神经厚度 视盘杯盘比 视盘3.45环扫 房角测量 输出、打印：输出、打印：输出图像文件 黄斑、视盘分析报告 角膜分析报告 视神经纤维分析报告 地形图报告 视盘环扫报告5 5 应用案例应用案例(4)(4
15、)仪和仪美仪和仪美OCTOCT25OCT技术专题知识11/10/2022 可呈前后段 OCT 影像独有的免散瞳眼底彩照功能，与 OCT 一一对应。既有利于眼底病的综合诊断又保证检查的可重复性。三维成像技术、解剖学分层技术及三维病变定位技术，为诊断和治疗提供更多信息。多种扫描方式，可清晰呈现高度近视、白内障等患者的眼底影像。扫描最快的 OCT，每秒 10万 次 A-扫描 扫 描深 度 更 深，采 用 1050nm 的 高 穿 透 性不 可见 光，脉 络 膜与巩膜清晰可见 可分辨视网膜 7 层结构，首次得到脉络膜厚度地形图 均匀的高清画质成像，最有最好的分辨率，白内障与出血下 也能高清成像 超宽扫
16、描，线扫最长 12mm，3D 扫最大为 12mmX9mm5 5 应用案例应用案例(5)(5)Topcon Topcon 拓普康拓普康26OCT技术专题知识11/10/202227OCT技术专题知识11/10/2022条件 数据量与传输速度单次A-scan的 采样数 320个采样单次B-scan 采样数(帧像）320 x 256=81,920个采样单次V-scan 采样数（Volume）320 x 256 x 256=20,971,520 个采样每秒的Volume 数量 12 volumes/秒每秒B-scan次 数 256 x 12=每秒3,072 次B-scan每秒的采样数量 20,971,520 x 12=每秒 251,658,240 个采样每秒的字节数量 251,658,240 x 2字节=每 秒 503,316,480 字节每秒的FFT次数 256 x 256 x 12=每秒 786,432次 FFT总记录字节 503,316,480 x 60 x 100=3,019,898,880,000 字节 数据量与传输速度5 5 应用案例应用案例(6)NI(6)NI28OCT技术专题知识11/10/2022END!29OCT技术专题知识11/10/2022
