光学相干层析成像技术 ppt课件
光学原理_光学相干层析成像技术
由此可见，用参量振幅A，B和相位差δ可以决定椭圆的形状和取向。从而确定某一种偏振状态。
3.2.2偏振斯矢量。如果两个琼斯矢量E1和E2满足：
EE=EE=0（4）
提出可以用一个二行一列矩阵来表示偏振光，这个矢量被称为琼斯矢量。Jones矢量描述的只是处于完全偏振状态的偏振光，用互为正交的两个振动分量表示，分量之间具有位相差。其定义为：**
1.2光学相干层析技术的现状
近年来有关OCT的理论发展很快，己经越来越清晰，理论的发展导致了新技术的产生，并使OCT系统的性能不断提高。现在OCT系统的主要研究方向是：光源的改进，更好的穿透深度，更高的成像精度，更快的采样速度，更逼真的图像重构和更快捷的临床应用等方面。OCT在医学领域处于特殊重要的地位，它不仅安全可靠，而且可以实现非接触测量，并可以进行多方位多层面、高速度和无损伤的成像。当前OCT主要被应用在三个光学成像领域：通过肉眼或借助低倍放大镜可见的物质结构的成像；通过精密显微镜放大可见的物质的成像和内窥镜成像。
通常有两种双折射类型：固有（intrinsic）双折射和形式（form）双折射。固有双折射与原子群和分子群的空间排列相关。例如，I型胶原质显示了正态的双折射特性是由于平行于多肽链的氨基酸残留物的纤维和分子轴的类似晶状体的排列队列。固有双折射的强度主要是决定于队列的类型，分子聚集的规则和遇到的群的化学性质。发生在棒状或盘状组织内的双折射，再浸入不同的介质中时，他们的反射系数是不同的。被观察到的双折射特性是两种双折射类型的效果总合。
sinγe⎦式中cosγ=A
sinγ=Btanγ=B/A为振幅比，γ定义域为(0,π/2)
⎡cosγ⎤
归一化的琼斯矢量为：Jn=⎢iδ⎥，它的强度为单位1。⎣sinγe⎦
对线偏振光，δ=±nπ；对于圆偏振光，δ=±(2 n+1)π/2。当A=B和n=0,1，2,…时相应的线偏振光和圆偏振光归一化矢量分别为:
OCT技术
OCT技术 光学相干层析成像
(Optical Coherence Tomography)
1. 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
1、OCT概念和原理
OCT即光学层析成像技术:
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。 分两类: 时域OCT（TD-OCT）；频域OCT（FD-OCT） 时域OCT是把在同一时间从组织中反射回来的光信号
与参照反光镜反射回的光信号叠加、干涉，然后成像。
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
超声的光学模拟品;
轴向分辨力：
取决于光源相干特性，可达10um
穿透深度： 几乎不受眼透明屈光介质的限制 可观察眼前节，
又能显示眼后节的形态结构。
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 • 超宽扫描，线扫最长 12mm，3D 扫最大为 12mmX9mm
2. OCT仪器构成
由低相干光源，光纤迈克尔逊干涉仪和光电探测系 统组成。
2 OCT仪器构成
干涉仪： 一臂是作精密扫描的参考反射镜，产生参考光。 一臂放置待检测组织样品。 1.光源发出的光经过2×2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。
光学相干层析成像
光学相干层析成像光学相干层析成像（optical coherence tomography，简称OCT）是一种非侵入性的生物医学成像技术，主要应用于眼科和生物医学领域，用于观察和分析生物组织的内部结构和形态。
本文将从原理、应用和发展前景等方面介绍光学相干层析成像技术。
一、原理光学相干层析成像技术是基于光的干涉原理，通过测量光的干涉信号来获得样品的内部结构信息。
其基本原理是利用光学干涉来测量光的相位差，从而得到样品的深度信息。
具体而言，OCT系统会向样品发射一束光，一部分光被样品反射回来，另一部分光被参考光束反射回来。
通过对这两部分光进行干涉，测量两束光的相位差，就可以确定样品不同深度处的反射信号，从而重建出样品的内部结构。
二、应用1.眼科领域光学相干层析成像技术在眼科领域得到了广泛应用。
它可以高分辨率地成像眼部组织，如视网膜、角膜、虹膜等，用于早期诊断和治疗疾病，如黄斑变性、青光眼等。
同时，OCT技术还可以实时监测眼部手术过程，提高手术的安全性和准确性。
2.生物医学研究光学相干层析成像技术在生物医学研究中也发挥着重要作用。
它可以对小动物的器官、血管等进行高分辨率成像，用于研究疾病的发生机制和治疗效果评估。
此外，OCT技术还可以应用于药物研发过程中的毒性测试和药物吸收分布的研究。
三、发展前景随着技术的不断进步，光学相干层析成像技术在医学领域的应用前景十分广阔。
一方面，随着设备的不断改进，OCT系统的分辨率和成像速度将进一步提高，使得其在临床诊断中的应用更加广泛。
另一方面，光学相干层析成像技术与其他成像技术的结合，如光声成像、多光子显微镜等，将进一步拓展其应用领域，并为生物医学研究提供更多有价值的信息。
光学相干层析成像技术是一种非常有前景的生物医学成像技术。
它通过光的干涉原理，可以高分辨率地成像样品的内部结构，广泛应用于眼科和生物医学研究领域。
随着技术的不断发展，光学相干层析成像技术将为医学诊断和研究提供更多有力的支持，为人类健康事业做出更大的贡献。
光学相干层析技术
光学相⼲层析技术1.光学相⼲层析技术(OCT)2006年，珠宝界⾸次引进OCT技术，将全世界第⼀台近红外珍珠⽆损成像检测仪，经过4代样机的发展，⽣产出了现在的光学相⼲层析仪，分辨⼒⾼的0.015mm，据样品性质不同，其实测深度不同。
2.1基本原理图3：光学相⼲层析成像的实质是基于近红外光低相⼲⼲涉的扫描成像。
其原理如图1 所⽰，它的核⼼是迈克尔逊⼲涉仪。
光源产⽣的弱相⼲光（近红外光，如1310nm）发出的光经耦合透镜OL1 注⼊⼀个2×1光纤耦合器FC1；同时指⽰光源发出的可见光（红光）注⼊另⼀2×1 光纤耦合器FC3；FC1 和FC3 再接⼊⼀2×2 光纤耦合器FC2（1:1），在这⾥被分为两束：⼀束参考光和⼀束信号光。
其中⼀束为参考光束出射后经准直到参考臂快扫描光学延时线被平⾯镜反射,，另⼀束出射后经过扫描装置进⼊待测量的样品后有⼀定的穿透深度，同时样品⾃其表⾯开始的不同深度各个层⾯对此光束都有⼀定的背向反射。
这样，两束来⾃参考臂的反射光和样品的背向反射光再次进⼊光纤，并在2×2 耦合器FC2 相遇发⽣⼲涉叠加。
叠加后的光场被分束并经过FC1、FC3 到达其另⼀端，其强度信号被探测器D1、D2 所测量。
光源的弱相⼲性将导致振镜的扫描可以选择性地测量与其光程相匹配的来⾃组织样品不同层⾯的反射光。
同时当振镜平移扫描时，将产⽣对⼲涉信号的多普勒频率调制。
于是两路⼲涉信号经过两个光电转换器后,进⾏差分放⼤、滤波、解调及模数转换。
振镜⼀次扫描，即可检测出组织样品单点反射光强随深度的⼀维分布。
进⽽在样品臂振镜对组织样品进⾏横向扫描就可以得到X－Z 平⾯的⼆维图像。
最后通过采集卡采集信号输⼊计算机,获得扫描点的⼲涉强度信息。
所得信息经过软件处理后得到我们需要的OCT 图样。
光学相⼲层析成像的实质是基于近红外光弱相⼲⼲涉的扫描成像。
其原理如图3所⽰；OCT技术可检测被测物不同深度层⾯对⼊射弱相⼲光的背向散射信号，通过扫描及软件处理，可得到被测物⼆维或三维结构图像。
OCT解读ppt课件
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OCT
视网膜色素上皮与脉络膜毛细血管
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40
玻璃体和玻璃体-视网膜界面
OCT
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41
5.异常神经纤维层OCT图像
OCT
神经纤维层增厚
神经纤维层增厚
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6.异常视乳头OCT图像
OCT
视乳头隆起
视乳头凹陷增大
视
乳
头
萎
缩
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43
OCT
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22
1.正常视乳头黄斑束黄斑OCT图像
OCT
左图：眼底图，白箭为OCT扫描方向，
右图：OCT图，左侧凹陷为黄斑中心凹，右侧为视乳 头凹陷
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23
OCT
注：在OCT断层图像中，红色高反射为视网膜后界，对
应于视网膜色素上皮（RPE）和脉络膜毛细血管层，此后 界在筛板水平与脉络膜循环一起终止于视乳头边缘。在 RPE与脉络膜毛细血管层的上方显示最弱反射的一层暗区 代表视网膜光感受器外节，视网膜表层与此层之间为中等 反射，对应于视网膜内、外颗粒层和内、外丛状层。在视 网膜的内侧缘显示另一高散射区域，红色的反射层为视网 膜神经纤维层（RNFL），在图像中可见如正常组织解剖 一样，RNFL厚度从黄斑至视乳头是逐渐增加的。
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OCT
正常视乳头OCT图像
★不同的扫描方位OCT图像示：水平方位（0°）RNFL较薄， 垂直方位（90 ° ）RNFL较厚,凹陷处为视杯。
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4.异常黄斑OCT图像
OCT
视网膜厚度改变 A厚度增加
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OCT分辨率
• OCT的分辨本领由其纵向分辨率和横向分 辨率来衡量
• 其纵向分辨率取决于OCT系统低相干光源
的相干长度 L2In2•2
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• OCT的横向分辨率取决于光束通过焦距为f
的透镜聚焦到样品上的光斑直径
X4df 2NA
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• 实验结果证明，OCT 诊断各种视网膜疾病 非常有用，从有斑点产生，到形成青光眼， 再到视网膜脱离均可探测。
• 在描绘眼睛结构方面，OCT的能力是其他 成像仪器所不能比拟的
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牙科诊断
• PS—OCT（偏振敏感OCT） • 使用样品对背散射光双折射的大小成像 • 牙齿表面的釉质具有强烈的双折射效应，
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医学成像诊断的要求
• 实时
• 在体：不影响组织的结构，
• 危害性小：无创，辐射小
• 分辨力高
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光学相干层析成像（OCT）
• 光学相干层析(OCT)是9O年代发展起来的 一种新型光学成像手段。它通过测量生物 组织的背散射光强度和相位获取内部的显 微结构信息进行层析成像。
• 分辨率1um～15um， 比传统的超声成像高 l～2个数量级，并且可以实现实时在体检测。 OCT系统的体积和制造成本都远小于磁共 振成像(MRI)这使得该技术在实验研究和临 床应用方面都大有可为
光学相干层析成像技术 及其在医学中的应用
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应用需要
• 对病变组织的精 确诊断是当今世界医学研究的重 要 课题之一，生物 医学 工作者一直在寻找无创 的生物体检测方法 。
• 在现有的疾病诊断方法中，很多都依赖于成像技 术 ，以求安全、及时，有效地发现病变，并对其 区分定位。
• 临床上 目前使 用的成像技术主要有超声波 ，X射 线透视、CT扫描 以及磁共振成像(MRI)等 ，这些 诊断方法适用于不同场合，同时各自又都有一定 的缺点和局限性 。
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• 光源发出的光经过 2×2的光纤耦合器，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。
• 照在样品上的光进入样品组织内部经过样品反射 回来
• 只有来自样品某一特定深度的反射光才能与参考 光相干，反射光信号包含有组织光学参数的信息 ，
• 探测器把干涉后的光转换成电信号经过数据采集 和处理系统收集 ，并在计算机上进行分析。纵向 扫描 参考臂反射镜的位 置，便可获得样品的深度 层析图像 。
釉质受损后这一效应随之减弱， 因此， PS—OCT特别适合于龋齿的检测 • 进一步可以对组织进行正常态和热损伤的 区别
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心血管疾病探查
• 将OCT成像与多普勒技术相结合，形成一 种新的检测仪器— 光学多普勒层析仪 (Optical Doppler Tomography—ODT)
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OCT工作原理
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OCT工作原理
• 光学相干层析系统可认为是由共焦扫描系 统和低相干干涉仪组成
• 其装置如图所示，装置的核心是一 个光纤 迈克尔逊干涉仪，
• 光源为低相干宽带光源，干涉仪的一臂称 为参考臂，包含参考反射镜；另一臂称为 样品臂，主要包含了共焦扫描系统和待测 样品
• 该系统可用来检测埋藏在高散射介质下流 体的流速
• 与传统的超声多普勒血流仪相比，ODT具 有更高的分辨率
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胃肠道诊断
• OCT导管式内窥镜 • 以环形方式对光束进行扫描并对内窥镜所
能探测到的区域进行截面成像 • 拓宽了OCT的戚像范围，使之能够用于对
心血管系统、胃肠道组织、泌尿系统及呼 吸道等管状生物组织的高分辨率成像。
后向散射光波的叠加 • 与参考光干涉后，就会产生干涉条纹．干
涉条纹的频率编码中有深度信息， • 通过计算机傅里叶变换后就得到了样品不
同深度处的信息
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发展和展望
• 改进的光源：带宽更宽、功率更大的光源
• 更好的探测
• 快速的图像采集：目前可以做到实时成象， 目标是可以视频成象
• 易于使用的软件：方便、友好、易于使用
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频谱光学相干层析术
• Spectral Optical Coherence Tomography • 原理是基于光谱的干涉 • 回光采集部分是一个高分辨率光谱仪 • 从样品返回的光可以看成是多个不同深度
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OCT分辨率优势
• 光学相干层析术(OCT)的最大优点是可以获 得比x射线CT、超声成像术、核磁共振成像 术等传统医学成像技术高l～2个数量级的分 辨率.
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OCT在医学和生物学研究方面的应用
• 眼科诊断
OCT可用于诊断诸如青光眼、糖尿病水肿 等需要定量测量视网膜变化的疾病
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精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？ • 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
笨，没有学问无颜见爹娘 ……” • “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
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乳腺癌早诊
• 采用漫射光进行检测，
• 使用超声束聚焦于生物组织．使组织透射和反射 的光学层析信号受到调制．
• 调制使焦点附近声压起伏造成组织的密度起伏， 从而改变漫透射系数以及折射率．获得探测区域 附近生物组织的光学和力学性质，
• 改变焦点，扫描即可获得断层图像．
• 理论分析表明．其探测深度可这10cm．这项技术 综合了光学成像的对比度和超声成像的深度分辨 优势，因此特别适合于乳腺癌的早期诊断。