眼底OCT成像系统的研制

　　1　引　言

　　光学相干层析成像(Optical CoherenceTomography,OCT)技术是一种对生物组织进行非侵入式检测的新型光学诊断成像技术[1],与超声成像类似,只是以红外光代替声波。OCT分辨率高、非侵入、无损伤、能做到实时断层切片成像,在组织中三维空间分辨率能达到10μm,灵敏度<110 dB[2]。因此, OCT技术无论是理论研究[3],还是应用研究都越来越被大家所重视。光学技术在医学诊断中应用的主要缺点是光在大部分生物组织中会被明显的散射或吸收,因此,光学成像技术一直局限于光能直接到达或经内窥镜、导管可到达的组织。由于光极易到达眼部组织,因此光学技术应用于眼科是一种很好的方向[4],也是OCT的理想应用领域。目前眼底成像主要是利用眼的不同组织结构之间反射率的差异。

　　眼科OCT图像用伪彩色表示不同的反射率:红色表示高反射,黑色表示低反射,中等的反射用黄色及蓝绿色表示。通过对OCT眼底像进行定量分析,可得到中心凹神经上皮层厚度,并建立数据库进行比对。正常黄斑部的OCT断层图像显示了视网膜不同层的对比。视网膜的前后缘是高反射层,对应于神经纤维层和色素上皮/脉络膜毛细血管层。前后两层高反射的红色层之间,对应于视网膜的中间层。OCT图像通常可以显示黄斑疾病形态学的改变。

　　本文利用傅里叶快扫描延迟线法[5]实现了光学相干层析成像系统,其中心波长为854.8 nm,扫描振镜频率为100次/秒,在组织中成像深度约为3 mm,分辨率为9μm。利用该系统对人体眼底进行了研究,获得了眼底黄斑处和眼底视神经乳头的OCT图像,解决了人眼内部的成像问题,为医学诊治眼底疾病提供了一种重要的检测手段。

　　2　OCT系统

　　2.1　系统原理

　　OCT系统的核心是一光纤迈克尔逊干涉仪,其结构如图1所示。

　　光源产生的弱相干光(近红外光,如850 nm)从一端注入一个2×1光纤耦合器FC1;指示光源发出的可见光(红光)注入另一2×1光纤耦合器FC2;FC1和FC2再接入一2×2光纤耦合器FC3(50∶50),在这里被分为两束:参考光束和信号光束。参考光束进入傅里叶域光学延迟线(图2)后被平面镜反射,而信号光束经过扫描装置进入待测量的样品后有一定的穿透深度,同时样品自其表面开始在不同深度的各个层面对此光束都有一定的背向反射。这样,来自参考臂的反射光和样品的背向反射光再次进入光纤,并在2×2耦合器FC3相遇发生干涉叠加。叠加后的光场被分束并经过FC1、FC2到达其另一端,其强度信号被探测器D1、D2所测量。光源的弱相干性将导致振镜的扫描可以选择性地测量与其光程相匹配的来自组织样品不同层面的反射光。同时当振镜平移扫描时,将产生对干涉信号的多普勒频率调制。于是,两路干涉信号经过两个光电转换器后,进行差分放大、滤波、解调及模数转换。振镜一次扫描,即可检测出组织样品单点反射光强随深度的一维分布,进而在样品臂振镜对组织样品进行横向扫描时就可以得到XZ平面的二维图像。最后,通过采集卡采集信号输入计算机,获得扫描点的干涉强度信息,对所得信息进行软件处理后即得到需要的OCT图样。