光学相干断层扫描技术是近年来逐步发展起来的一种极具潜力的新型层析成像技术，特别是生物组织活体检测和成像方面具有很大的应用前景，已尝试在眼科、牙科和皮肤科的临床诊断中应用，是继 X-CT 和 MRI 技术之后的又一大技术突破，近年来已得到了迅速的发展，在临床诊疗与科学研究中获得了广泛的应用。

OCT利用弱相干光干涉仪的基本原理，基于低相干干涉原理获得深度方向的层析，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，其包含样品光和参考光，两个光路信号中反射或反向散射的光线在光纤耦联器被重新整合为一束并为探测器所探测,对不同深度组织所产生的反向散射强度和延搁时间进行测量，通过扫描来重构生物组织二维或三维结构图像，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，使人能通过图像清晰地看到病变血管或组织等的实际大小、形状特点及病变情况等。如图1为一次扫描即可得到的清晰OCT血管成像，图2为人眼活体眼底大视场OCT断层成像。

图1：一次扫描的清晰OCT血管成像 （来源：百度）

图2：人眼活体眼底大视场OCT断层成像 （来源：百度）

目前OCT分为两大类：时域OCT（TD-OCT）和频域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来的光信号叠加、干涉，然后成像。频域OCT的特点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。

OCT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。

一、OCT断层成像技术

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

一般认为TDOCT属于OCT的第一代技术，纵向采用时间/空间逐点扫描的机制会使成像速度受限，如图3，TDOCT一般以迈克尔逊干涉仪为主体，光源发射宽带近红外线（中心波长1310um，带宽40-50um），从光源发出的近红外线通过光纤及探头到达人体组织，组织反向散射回来的光波被探头收集，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，同参考臂的光波信号结合形成干涉。

通过参考臂的扫描，可实现样品内部纵向信息（深度方向）的逐点获取，然后经过计算机解析，构建出显示组织内部微观结构的高解析度图像。但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。

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，TDOCT仍然常用于眼前节、冠状动脉等需要较大量程的情况。

图3： 时域光学相干层析成像(TDOCT)系统示意图 （来源：百度）

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

SDOCT一般同样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，如图4所示。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，是临床眼科应用的主流技术。

图4：光谱域光学相干层析成像（SDOCT）系统示意图 （来源：百度）

3、扫频光学相干层析成像技术（Swept source optical coherence tomography，SSOCT）

如图5所示，SSOCT一般也是以迈克尔逊干涉仪为主体，利用点探测器分时记录宽带扫频光源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。该技术的成像速度主要决定于光源的扫频频率。得益于高速扫频光源技术的发展，该OCT技术最高可以实现数MHz的纵向线扫描速度，具有良好的发展前景。

图5：扫频光学相干层析成像（SSOCT）系统示意图 （来源：百度）

二、技术应用

1. 眼科的应用

OCT轴向分辨率取决于光源的相干特性，可达10um ,且穿透深度几乎不受眼透明屈光介质的限制，在临床眼科中，OCT可以实现眼前节（角膜、房角、晶状体等）、视网膜和脉络膜等重要眼组织形态结构的活体三维成像，可用于糖尿病性视网膜病变、老年性黄斑变性和青光眼等疾病的诊断和治疗。其在眼内疾病尤其是视网膜疾病的诊断，随访观察及治疗效果评价等方面具有良好的应用前景。

图6：人眼活体全眼前节大视场OCT断层成像（来源：百度）

2. 病理科的应用

OCT技术最重要的应用之一是探测人体软组织的早期癌变。

癌症的早期诊断是挽救病人生命的关键，唯一确定的诊断方法是通过活组织检查，问题是需要花费一定的诊断时间，且给出的结论与分析人员的经验等主观因素有很大关系，准确测定癌变区的边界就更加困难。

OCT依据癌变组织具有与健康组织不同的光谱特性和结构，得到组织清晰的像，由此实时而准确地进行诊断。因为采用了计算机进行信号处理，所得结果与操作人员的主观因素无关。另外，OCT技术将成为对皮下组织病变进行实时诊断而无需活组织检查的一种权威方法，但在此之前还需要更多的临床试验揭示其优点及待解决的问题。

在跨科手术方面，OCT可在去除肿瘤的手术过程中分析有无癌细胞。一般而言，外科医生取出肿瘤周围组织时，总是希望能清除所有的癌细胞。而被清除的肿瘤及周围的组织会送至病理实验室进行一周的分析，以做出手术后的书面报告。

由于OCT影像在组织学/病理学应用均为相同的分辨率，因此手术室中的OCT系统能够让外科医生在手术过程中精确地知道需要清除多少组织，同时留下安全边缘部分，采用如此的做法便不会错误去除未感染癌症的组织，因而省去后续手术的费用及痛苦。OCT技术能够让医生以组织学的分辨率水平，实时看见影像，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。

3. 拓展应用

随着科技发展，将会有更多采用OCT技术的医疗应用，例如，OCT能够搭配穿刺切片切除早期阶段的小肿瘤。对于罹患乳癌的病患，OCT可搭配视觉及'智能'信号处理技术，引导细针插入精确的肿瘤位置，以查明疑似感染的组织，尽可能减少手术的侵入性。对于心血管疾病患者，OCT可搭配极小型导管支架，更准确地找出血管内支架或检查斑块沉积。在这些类型的应用中，先进的数字信号处理技术不仅能够达到绝佳的影像画质，而且能够进行组织分类。

总结：

OCT可以用于冠状动脉、消化道、呼吸道、脑皮层、癌症、皮肤等各种生物组织的成像及某些材料特性的检测。

OCT 技术有非接触性、非破坏性、极高的探测灵敏度与噪声抑制能力、高分辨率无损伤、对活体组织无辐射、造价低、结构简单等优点。

OCT 技术正在向其他领域推进，特别是工业测量领域，如位移传感器、薄底片的厚度测量以及其他可以转换成位移的被测物的测量等，其在材料科学和生物医学等领域的无损检测方面有着重要的应用价值和前景。

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