OCT技术
OCT technology

OCT技术

光学相干断层扫描（Optical Coherence Tomography, OCT）是一种非侵入性、高分辨率的成像技术，广泛应用于医学、工业检测等领域。

其核心原理基于低相干干涉测量，结合光波的干涉特性来重建样本内部结构的二维或三维图像。

基本原理

OCT 利用了光的低相干干涉原理。它通过将一束宽带光源发出的光分成两束，一束照射到被测物体上（样品光），光进入被测物体后发生背向散射（后向散射）。 另一束作为参考光，光反射到固定的参考镜后返回。两束光在分束器处重新汇合，产生干涉信号。只有当两臂的光程差在光源的相干长度内时，才会形成有效的干涉信号。通过测量干涉信号随光程差的变化，就可以得到样品内部不同深度的信息，进而重建出样品的二维或三维结构图像。

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具体实现方式

光源

通常采用超辐射发光二极管（SLED）或宽带激光器等宽带光源，其发出的光具有较宽的光谱范围，以实现高分辨率的深度测量。

探测器

使用高速光电探测器来检测干涉信号。探测器将光信号转换为电信号，并记录下干涉信号的强度和相位等信息。

光干涉仪

一般采用迈克尔逊干涉仪结构，它能将入射光分成样品光和参考光，并使两束光在返回时发生干涉。通过精确控制参考光臂的长度，可以调节光程差，从而扫描不同深度的样品信息。

信号处理与图像重建

利用计算机对探测器采集到的大量干涉信号进行处理和分析。通过傅里叶变换等算法，将干涉信号从时域转换到频域，从而得到样品不同深度的反射率信息。再根据这些信息，采用合适的图像重建算法，如基于光栅扫描或线扫描的方法，构建出样品的二维或三维图像。

SD-OCT和SS-OCT

SD-OCT

谱域OCT（SD-OCT）通过光谱仪和阵列探测器实现频域分析，适合静态或中速高分辨率成像，如眼科视网膜成像。

SS-OCT

扫频OCT（SS-OCT）利用扫频光源和单点探测器，以超高速度获取深层组织信息，适用于动态场景（如心血管血流）和工业在线检测。

OCT关键参数

轴向分辨率

定义：沿光传播方向的分辨能力，通常为1~15微米。 决定因素：光源的带宽（带宽越宽，分辨率越高）。

  • Δz ：轴向分辨率（单位：米，通常用微米表示）；
  • λ0：光源的中心波长（单位：米）；
  • Δλ：光源的光谱带宽（单位：米）。

横向分辨率

定义：垂直于光传播方向的分辨能力，通常为5~20微米。决定因素：物镜的数值孔径（NA）和聚焦光斑大小，类似于传统显微镜。

  • Δx ：横向分辨率（单位：米，通常用微米表示）；
  • λ0：光源的中心波长（单位：米）；
  • NA：物镜的数值孔径（Numerical Aperture），定义为 NA=n sinθ ；
  • n：物镜与样品间介质的折射率（空气中 n=1，组织或水 n≈1.33−1.4）；
  • θ：物镜的孔径半角（聚焦光锥的半角）。

光源参数

中心波长：

  • 800~900 nm：适用于浅层高分辨率成像（如视网膜、高分辨率表面检测、透明/半透明材料等）。  
  • 1300~1550 nm：适用于深层组织（如皮肤、血管、复合材料、硅基材料、厚层材料、高散射材料等）。  

带宽：决定轴向分辨率，超发光二极管（SLD）或超连续光源可实现宽带光谱。

成像深度

定义：光在组织内穿透的最大深度，通常为1~3毫米（取决于组织类型）。  

影响因素：光源波长（如1300 nm比800 nm穿透更深，但散射更强）、组织散射特性。

扫描速度

定义：每秒获取的A-scan（轴向扫描）数量。  

频域OCT可达每秒数万至数十万次，适用于动态组织（如心脏、血流）成像。