姓名：龔楚鴻 學號：20181214379
原創(chuàng)
【嵌牛導(dǎo)讀】本文靈感來源于楊老師嵌牛團隊的“健康社區(qū)”，對于將康及嵌入式系統(tǒng)來說恃锉，生物醫(yī)學光子學也是一個非常重要的交叉學科坎拐。本文將主要介紹兩個較為火熱的課題束铭，共聚顯微技術(shù)與光學相干層析技術(shù)（OTC）本文為該話題第二部分炭分。
【嵌牛鼻子】生物醫(yī)學光子學，光學系統(tǒng)
【嵌牛提問】光學系統(tǒng)與嵌入式的結(jié)合將會迸發(fā)出哪些火花亏钩？
【嵌牛正文】
2光學相干層析技術(shù)（OTC）的原理和醫(yī)學應(yīng)用
2.1光學相干層析技術(shù)（OTC）的原理
????????光學相干斷層掃描技術(shù)(光學相干層析技術(shù)莲绰，Optical Coherence tomography, OCT)是近十年迅速發(fā)展起來的一種成像技術(shù)，它利用弱相干光干涉儀的基本原理姑丑，檢測生物組織不同深度層面對入射弱相干光的背向反射或幾次散射信號蛤签，通過掃描，可得到生物組織二維或三維結(jié)構(gòu)圖像栅哀。該項技術(shù)1991年由麻省理工大學的Huang D等首次提出震肮，1995年Fercher等提出了傅里葉域OCT如今已經(jīng)得到了較好的發(fā)展。
OCT的原理如下：圖9(a)表示一個光脈沖在樣品的不同深度處反射回來的時間是不同的留拾，通過測量光脈沖從樣品中反射回來的時間延時戳晌，可得到樣品深度方向的結(jié)構(gòu)圖像．如果要能反映微米量級的深度差別則時間延遲要短至10-15S，電子設(shè)備難以直接測量痴柔，故而利用圖9(b)所示的邁克爾遜干涉儀裝置進行測量．以飛秒脈沖激光的光源作例．飛秒脈沖激光經(jīng)過透反分束鏡沦偎，分為兩束光，一束射往樣品(眼球)咳蔚，另一束則射在參考反射鏡上豪嚎，參考鏡的位置為已知的．參考鏡的反射光(參照光)和從眼球各界面反射回的光脈沖序列，在光電探測器上會合．當參考光脈沖和信號光脈沖序列中的某一個脈沖同時到達探測器表面谈火，就會產(chǎn)生光學干涉現(xiàn)象．這種情形侈询，只有當參考光與信號光的這個脈沖經(jīng)過相等光程時才會產(chǎn)生．為了測量從眼內(nèi)不同結(jié)構(gòu)回來的光延遲，只需前后移動參考鏡糯耍，使參考光分別與信號光產(chǎn)生干涉扔字，同時分別記錄下相應(yīng)的參考鏡的空間位置，這些位置便反映了眼球內(nèi)不同結(jié)構(gòu)的相對空間位置．事實上谍肤，這個過程便是一個時空變換的過程啦租，將時間的測量轉(zhuǎn)變成為空間的測量．為了測量樣品不同深度處反回的光延遲，邁克爾遜干涉儀的參考臂要進行掃描荒揣。同樣教材上也作了類似的論述，從邁克爾遜干涉儀出發(fā)焊刹，形成光學低相干干涉系任】叶祝可以實現(xiàn)內(nèi)部三維空間信息的高速、高分辨俩滥、高靈敏度獲取嘉蕾，在垂直深度方向引入二維空間掃描機制則可實現(xiàn)OCT三維成像。深度Z方向單次掃描成為A掃描（A-line）霜旧，X方向多個A-line構(gòu)成一幀圖像（B-frame）错忱，最后Y方向多個B-frame完成三維成像，原理圖見圖10挂据∫郧澹可以說OCT就是在原先一維相干測距技術(shù)發(fā)展起來而形成的的二維或三維成像技術(shù)。
2.2光學相干層析技術(shù)（OTC）的醫(yī)學應(yīng)用
OCT技術(shù)經(jīng)過近十年的快速發(fā)展，在靈敏度和成像速度等方面取得巨大進步个绍，從而使得其在醫(yī)學領(lǐng)域的應(yīng)用成為可能勒葱。如今，OCT已經(jīng)廣泛應(yīng)用于眼科巴柿、心血管疾病的臨床診斷治療凛虽、并在腦科學、腫瘤广恢、消化道凯旋、呼吸科、皮膚袁波、發(fā)育等醫(yī)學領(lǐng)域也有著重要科學價值和應(yīng)用前景瓦阐。接下來將舉例說明OCT在醫(yī)學領(lǐng)域的一些應(yīng)用及前景。
其中最著名的應(yīng)當是OCT在血流方面的應(yīng)用。血液占成人體重的十三分之一沥阳，有運輸跃捣、調(diào)節(jié)人體溫度、防御戳杀、調(diào)節(jié)人體滲透壓和酸堿 平衡四個功能，對于人們的健康影響重大夭苗。OCT血液流速測量法信卡，基于多普勒效應(yīng)，多普勒ＯＣＴ 能夠測量血紅細胞的流動速度题造，計算出的血紅細胞流速是血紅細胞實際流速在平行于探測激光光束傳播方向的速度分量傍菇，示意圖如11。如今也出現(xiàn)了PM/OCT雙系統(tǒng)儀器界赔，大大提高了測量精度測速實物圖如圖12丢习。
????????光學相干層析技術(shù)非常適合眼科領(lǐng)域的成像揽思， 最初的研究成像對象也是基于眼部。1991年见擦，麻省理工學院首次提出了光學相干層析技術(shù)钉汗， 獲得了人眼視網(wǎng)膜黃斑附近的微細結(jié)構(gòu)的層析圖像。一般情況下鲤屡，只有眼部的病情出現(xiàn)較明顯的變化损痰，病情才可以確診，傳統(tǒng)的方法很難觀察到眼部內(nèi)部的微小變化执俩。并且徐钠，大部分醫(yī)學成像方式如X 射線掃描，超聲波掃描 等并不適合眼部的觀察役首，會對眼睛造成損害尝丐。OCT 技術(shù)憑借著無損傷、非接觸衡奥、高分辨率且操作簡單等優(yōu)點爹袁，可以對虹膜、視 網(wǎng)膜矮固、晶狀體等結(jié)構(gòu)進行高分辨成像失息，拍攝黃斑疾病、監(jiān)測和 診斷視網(wǎng)膜的疾病档址、測量視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)等盹兢，使斑變質(zhì)、青光眼等 眼部癥狀能夠在早期就得以確診守伸。OCT 眼科成像儀示意圖如圖13绎秒。
????????OCT在牙科也有著應(yīng)用前景尼摹〖郏口腔硬組織成像深度一般在3mm 左右，軟組織在1.5mm 左右蠢涝。1997年科學家用光學相干層析技術(shù)獲得了牙周圍組織的層析圖像和離體豬前磨牙的牙本質(zhì)玄呛。隨后， 在2001-2005 年和二，齲損組織和牙齒的琺瑯質(zhì)也相繼用光學相干層析技術(shù)得到徘铝。利用光學相干層析技術(shù)可以對牙齒樣品的牙釉質(zhì)以及牙本質(zhì)清晰成像，觀察到牙釉質(zhì)與牙本質(zhì)的分界面。
????????OCT在癌癥方面也有著很好的應(yīng)用前景庭砍。例如在黏液型胃癌邊界區(qū)域的判斷上场晶，黏液對光的背向散射更弱以及與黏膜組織的背向散射對比相差更大使得黏液型胃癌的OCT圖像成像更清晰混埠，Ｂ型超聲掃描（B-scan）的OCT圖像能夠分辨該種類型癌癥的邊界區(qū)域怠缸；將B-scan的OCT圖像進行三維重建后顯示整個成像區(qū)域的體結(jié)構(gòu)，經(jīng)過表面展平后提取深度方向上不同層的切面圖像钳宪，提供了另一維度視角觀察胃癌組織的邊界區(qū)域揭北，與B-scan圖像交叉驗證可以顯示優(yōu)異的區(qū)分效果。檢測中的OCT設(shè)備如圖14吏颖，病理切片附近的OCT圖像如圖15搔体。
