Ｖａｌｕｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ・２５５・ 光学相干层析成像综述 Ｒｅｖｉｅｗ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ 陈玉平ＣＨＥＮ Ｙｕ－ｐｉｎｇ （西安航空职业技术学院，西安７１００８９） （Ｘｉ ａｎ Ａｅｒｎｏｎａｕｔｉｃａｌ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｘｉ ａｎ ７ １００８９，Ｃｈｉｎａ） 摘要：光学相干层析成像（ＯＣＴ）是一个新兴的、非常有前景的、非侵入、非接触和非损坏的成像技术并已被广泛应用在生物、医 药及材料等领域。本文介绍了ＯＣＴ领域的发展。 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ（ＯＣＴ）ｉｓ ａｎ ｅｍｅｒｇｉｎｇ ｖｅｒｙ ｐｒｏｍｉｓｉｎｇ ｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅ ｌｉｏｎ—ｃｏｎｔａｃｔ ａｎｄ ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｉｍａｇｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｗｉｄｅｌｙ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ａｎｄ ｍｅｄｉｃａｌ ｆｉｅｌｄｓ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｉｎ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｆｉｅｌｄｓ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｇ ｏｆ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ＯＣＴｆｉｌｅｄ． 关键词：光学相干层析成像；生物医药；图像技术 Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ；ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ａｎｄ ｍｅｄｉｃａｌ；ｉｍａｇｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ 中图分类号：ＴＨ７４４；０４３９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—４３１Ｉ（２０１４）３２—０２５５—０２ Ｏ引言 从显微镜的发明到ｘ射线在医学上的应用使人们以 光学相干层析成像技术（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ 图像的形式观察到了肉眼不能直接看到的形态结构，推动 Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ，简称ＯＣＴ）是近年来发展较快的一种最具发 了医学诊断的发展。目前，各种医学成像技术不断发展，用 展前途的新型层析成像技术，特别是生物组织活体检测和 于生物医学领域的研究，不同的成像原理可以用于观察不 成像方面具有诱人的应用前景，已尝试在眼科、牙科和皮 同的器官组织，不但给出组织的形态，还对组织特征进行 肤科的临床诊断中应用，是继Ｘ—ＣＴ和ＭＲＩ技术之后的 识别和检测。 又一大技术突破，近年来已得到了迅速的发展。 各种成像技术中，光学相干层析成像（Ｏｐｔｉｃａｌ １光学相干层析成像技术回顾 Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）是一项新兴的光学成像技术，当从 随着科学的进步，当今医学成像技术已经在医学诊断 散射介质中返回的弹道光子和蛇行光子与参考光的光程 中起着重要的作用，各种探测方法和显示手段趋于更精 差在光源的相干长度范围内，发生干涉，而漫射光子与参 确、更直观、更完善从而有助于人们观察生物组织，了解材 考光的光程差大于光源的相干长度，不能发生干涉，从而 料结构，它的发展是物理、数学、电子学、计算机科学和生 把带有被测样品信息的弹道光子和蛇行光子提取出来，进 物医学等多门学科相互结合的结果。 行成像，它可以实现对生物组织高分辨率的非侵入层析测 量，具有广泛的应用前景。 基金项目：陕西省教育厅项目（１２ＪＫ０６７２ ｏ 光学相干层析成像技术是从光学相干域反射仪（或光 作者简介：陈玉平（１９６２一），男，上海人，讲师，主要研究方向为光 学低相干反射仪）发展而来的，１９９１年，美国麻省理工学 电检测。 院（ＭＩＴ）的Ｄａｖｉｄ Ｈｕａｎｇ等人在Ｓｃｉｅｎｃｅ上首先报道了光 ［三盈匝 三 盈 模拟退火算法的各类参数错综复杂，对算法性能的影响很 大，因此参数的组合优化问题值得进一步研究和探索。 参考文献： 【１】杨小兵．基于遗传算法的学分制下多校区排课系统的研究 与实现【Ｄ］．昆明理工大学，２０１０． 【２】康立山．非数值并行算法．第一册：模拟退火算法【Ｍ】．北京： 科学出版社，１９９４． 『３１Ｓ．Ｋｉｒｋｐａｔｒｉｋ．＆Ｃ．Ｄ．Ｇｅｌａｔｔ．＆Ｍ．Ｐ．Ｖｅｃｃｈｉ．Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｂｙ Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ［Ｊ１．Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９８３，ｖｏ１．２２０：６７ １—６８０． ［４】姚明海，王娜．基于改进模拟退火算法求解ＴＳＰ问题［Ｊ】．渤 海大学学报（自然科学版），２０１３，３４（１）． 【５】庞峰．模拟退火算法的原理及算法在优化问题上的应用 ｆＤ１．吉林大学，２００７． ［６］朱洁．基于Ｊ２ＥＥ的山西医科大学高校排课系统研究与设 计【Ｄ】．电子科技大学，２０１２． ｆ７１５Ｅ庆荣，袁占亭，张秋余．基于改进遗传一模拟退火算法的 公交排班优化研究『Ｊ１．计算机应用研究，２０１２，２９（７）． ・２５６・ 价值工程 学相干层析成像（简称ＯＣＴ）技术。之后Ｓｃｈｍｉｔｔ等将此技 术用于生物组织光学特性参数测量，取得了很好的效果。 １９９６年Ｃａｒｌ Ｚｅｉｓｓ Ｍｅｄｉｔｅｃ Ｉｎｃ．ｏｆ Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ把眼科的ＯＣＴ 系统做成临床医疗器械投放市场。 ＯＣＴ技术问世以来，各个研究机构为了扩展它的应用 范围和提高性能进行了大量的研究工作，出现了许多新方 法，为ＯＣＴ技术在医学领域的广泛应用打下基础。将ＯＣＴ 技术与多普勒技术相结合，形成一种新的检测仪器——多 迈克而逊干涉仪和光谱仪。早在１９９５年，Ｆｅｒｃｈｅｒ等人就 已提出谱域ＯＣＴ概念。同年，Ｌｅｉｔｇｅｂ等人给出了谱域ＯＣＴ 的结果与方法。自那以来，ＳＤＯＣＴ已得到很大发展；２０００ 年，Ｍａｃｉｅｊ Ｗｏｊｔｋｏｗｓｋｉ第一次报道了活体视网膜ＳＤＯＣＴ 成像。ＳＤＯＣＴ相关的理论还被快速提升。 ３光学相干层析成像在非医学领域的应用 ＯＣＴ研究的最初目的是为生物医学的层析成像，并且 医学应用仍然继续占主导地位。除了在医学领域的应用， 普勒光学相干层析系统，可用来检测眼部血管的血流速度 随着ＯＣＴ技术的发展，ＯＣＴ技术正在向其他领域推进，特 和流向，还能测量介质的结构特性；把ＯＣＴ技术与内窥镜 别是工业测量领域，如位移传感器、薄底片的厚度测量以 结合起来形成ＯＣＴ导管式内窥镜，能够用于对心血管系 统、胃肠道系统、泌尿系统及呼吸道等管状生物组织的高 分辨率成像ｉ为了在高散射介质中获得更高的纵向分辨率 和更大的探测深度，将ＯＣＴ技术与光学共焦显微术结合 起来形成了光学相干显微术，能够有效的滤除高散射介质 远离焦面的杂散光。 在国内，对ＯＣＴ的研究也正在进行，主要包括有：上 海光机所和南开大学进行了ＯＣＴ技术研究及生物组织 光学的探讨，建立了用ＳＬＤ作为光源的ＯＣＴ系统，采用 了相位调制的外差探测方法；清华大学分别用飞秒激光 器和ＳＬＤ作为光源建立了ＯＣＴ系统，并采用了傅立叶域 光学延迟线的扫描方法，得到了洋葱和兔子眼球的层析 图像；天津大学进行了线聚焦ＯＣＴ技术研究及ＰＳ—ＯＣＴ 的研究；华中科技大学对ＯＣＴ技术作了理论阐述，并采 用ＬＥＤ作为光源建立了ＯＣＴ系统。但是目前国内对于 ＯＣＴ的研究还只是局限于实验阶段，与国外同行还有一 定差距。 ＯＣＴ是一种２０世纪９０年代兴起的新型层析成像技 术，它的出现及发展称得上是医学诊断领域一次突破。自 ＯＣＴ技术出现以来，发展非常迅速，各种新技术不断出 现，从分离式ＯＣＴ到全光纤式ＯＣＴ，再到ＯＤＴ和内窥镜 式ＯＣＴ，层出不穷，应用范围逐渐扩大，从最早用于眼科 到今天用于对牙齿、心脏、肠胃道的清晰成像。但ＯＣＴ不 会取代超声或者核磁共振成像，而是作为医学成像的一 个有益的补充。目前，ＯＣＴ技术的研究在美国、西欧以及 日本等一些发达的国家引起了重视，并投入了大量的人 力物力，取得了高速的发展，而国内由于资金和仪器设备 等一些条件的，还处于理论研究或实验室研究的阶 段，需要国内相应的研究机构加大投入力度，加强应用研 究，不断缩小与国外的差距，使得ＯＣＴ技术得到更迅猛 的发展。 ２光学相干层析成像术的发展 当前主流的ＯＣＴ系统操作基本上是在所谓的时域 ＯＣＴ（Ｔｉｍｅ—Ｄｏｍａｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ， ＴＤＯＣＴ）系统中用点对点探测方案来执行的。 近来，一种新颖的ＯＣＴ系统一基于光谱而非扫描干涉 法的频谱领域光学相干层析成像（Ｓｐｅｃｔｒａｌ—Ｄｏｍａｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ，ＳＤＯＣＴ）正在兴起。在ＳＤＯＣＴ中， 样品的全部深度结构（Ａ一扫描）从光谱干涉图中经离散傅 立叶转换而同步获得，无需深度扫描过程。其主要部件是 及其他可以转换成位移的被测物的测量。 最近，低相干技术已作为高密度数据存储的关键技 术。ＯＣＴ技术还可用于测量高散射聚合物分子的残余孔 隙、纤维构造和结构的完整性。还可以用于测量材料的镀 层。ＯＣＴ技术还能用于材料科学，Ｊ．Ｐ．Ｄｕｎｋｅ￣等人使用 ＯＣＴ技术对复合材料进行了无损伤的检测。Ｍ． Ｂａｓｈｋａｎｓｋｙ等人利用ＯＣＴ系统对陶瓷材料进行了检测， 拓展了ＯＣＴ技术的应用范围。ｓ．Ｒ．Ｃｈｉｎｎ等还对ＯＣＴ在 高密度数据存储中的应用进行了研究，实现多层光学存 储和高探测灵敏度。 ４结语 ＯＣＴ技术以其非接触性和非破坏性、有极高的探测灵 敏度与噪声抑制能力、高分辨率无损伤和在体检测上对活 体组织无辐射等优越性以及造价低、结构简单等优点，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 应用价值和广阔的发展前景。 参考文献： ［１］Ａ．Ｆ．Ｆｅｒｃｈｅｒ，Ｃ．Ｋ．Ｈｉｔｚｅｎｂｅｒｇｅｒ，Ｍ．Ｓｔｉｃｋｅｒ，ｅｔ ａ１．Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ ｄｅｐｔｈ—ｓｃａｎ ｓｉｇｎａｌｓ ｂｙ ａ ｎｕｍｅｒｃａｌ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ［Ｊ］．Ｏｐｔｉｃｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，２００２，２０４： ６７－７４． ［２］Ｄ．Ｈｕａｎｇ，Ｅ．Ａ．Ｓｗａｎｓｏｎ，ｅｔ ａ１．Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ 『Ｊ１．Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９９１，２５４：１ １７８－１ １８１． 【３】陈玉平，赵宏，杨琦，等．谱域光学相干层析成像系统的实 验研究［Ｊ】．西安交通大学学报，２００８，４２（７）：８１５—８１７． ｆ４］朱永凯．光学相干层析成像及光学相干显微技术的理论与 应用研究［Ｄ】．西安：西安交通大学机械学院，２００５． ［５］高上凯．医学成像系统［Ｍ】．北京：清华大学出版社，２０００： ６２－８１． 【６］吴世法．近代成像技术与图像处理【Ｍ】．北京：国防工业出版 社，１９９７：２１—４０． ［７］Ｃ．Ｋ．Ｈｉｔｚｅｎｂｅｒｇｅｒ，Ａ．Ｂａｕｍｇａｒｔｎｅｒ，Ａ．Ｆ．Ｆｅｒｃｈｅｒ．Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｉｎｄｕｃｅｄ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｓｉｇｎａｌ ｐｅａｋ ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ ｉｎ ｐａｒｔｉａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ…．Ｏｐｔｉｃｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，１９９８，１５４：１７９－１８５． ［８】薛玲玲，张春平，张建东，等．生物组织光学及其进展［Ｊ１＿激 光与光电子学进展，１９９９，１１：３６—４２２． ［９］朱永凯，赵宏，王昭，等．旋转式扫描方法在光学相干层析 成像系统的应用［Ｊ】＿西安交通大学学报，２００４，３８（９）：９１３—９１５． ［１Ｏ】高上凯．医学成像系统【Ｍ】．北京：清华大学出版社，２０００： ６２－８１． ［１ｌ】霍纪文，王秀章．医学咸像技术【Ｍ］．辽宁：辽宁科学技术出 版社，１９９４：１－４５．
