光学成像在疾病诊断中的应用

　　一、引　言

　　在现有的疾病诊断方法中,很多都依赖于生物成像技术。其中有些技术是家喻户晓的,例如,超声波诊断、X射线透视、CT扫描以及磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)等;而另有一些则迄今还鲜为人知,如正电子发射层析(positron emission tomography, PET)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。例如,超声波成像要求与待检查部位的组织发生物理接触;MRI具有较低的图像分辨率,因而涌探测μm量级的结构;X射线透视则使组织遭受强离子辐射的作用。

　　最近发展起来的一项新技术,即光学生物成像技术则能够以非离子辐射为医生提供高分辨率图像,因而与上述各种诊断方法相比,显示出极大的优越性。而其中的光学相干层析(op-tical coherence tomography, OCT)是目前最有希望的光学成像技术,本文将重点介绍OCT的基本原理,研究现状和发展前景。此外,对可望代替X射线用于胸部透视的另一项光学成像技术也作了介绍。

　　二、光学生物成像技术

　　光学生物成像依赖于这样一个事实,即不同生物介质具有独特的光谱特性,从而可以获得组织表面清晰的结构图,医生据以区别不同的组织,准确地定出存在隐患的部位及恶性发作的危险性。

　　1.光学相干层析

　　众所周知,在超声波成像中,声波被人体组织多次反射,得到内部结构的描绘。1991年出现的OCT成像法与此十分相似,只是用的不是声波,而是光波。从原理上讲,这项技术是牛顿创立的相干干涉度量学的产物,它探测来自生物组织的后向散射光,产生软组织横断面的2维像,但不要求与检测组织直接接触,[1]这就使OCT有可能成为一种比超声波成像更有用的诊断工具。

　　OCT系统原理相当于一个迈克尔逊干涉仪,干涉仪一条光路中放生物组织样品,另一条光路上放置参考反射镜,如图1所示。

　　目前典型系统是光纤光学装置。如图2所示,以超发光二极管作为光源,光进入结构紧凑的光纤光学干涉仪中,在光纤耦合器处分为两束,一束照到待检查组织样品上,另一条照到参考反射镜上,由组织后向散射和由参考镜反射的光被数据采集和处理系统收集,并在计算机上进行分析,得一组织断面的2维图像。为了对横截面的像进行编码,当光在组织上扫描时,计算机记录一系列横向位置处的反射轮廓,这样,2维横断面图可显示组织的分层与结构。[2]。

　　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,目前唯一确定的诊断方法是通过活组织检查,即从待检测部位取下一小片组织,在实验室用显微镜进行分析。存在的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则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。人们期待着OCT技术最终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。