光学相干断层扫描（Optical Coherence Tomography，OCT）是一种无损、非入侵、高分辨的三维成像技术。基于光学干涉原理，OCT通过测量回散光的幅度和回声时间延迟来检测样品表面下~2 mm以内的回散信号，可实现微米级别成像。作为“光学活检”技术，OCT可以在不需要取样切除和固定的情况下提供原位、非破坏性和无标记的组织性质测量，可广泛应用于生物医疗、材料科学等领域。
OCT系统
一、系统介绍
1. OCT系统
光学相干层析（Optical Coherence Tomography，OCT）是一种非侵入式和无辐射的光学成像方法，能够实时提供一维深度、二维横截面和三维体图像，具有微米级分辨率和数毫米的成像深度。OCT基于样品中不同结构层的背向散射光的相干性来呈现样品的结构信息，在眼科、心脏病学、胃肠病学以及内窥镜检查等相关部位的病变检测中扮演着重要的角色。
2. SD-OCT系统
光谱域光学相干层析成像技术（SD-OCT）采用的是频域检测方式，光源需要使用带宽光源，它将待测物体与参考镜反射回来进行干涉后的光束分成不同的频谱分量，利用高速光谱仪来获取不同频率的光信号。SD-OCT系统没有可移动部件，所以它具有机械稳定性高且相位噪声低的优点。
图1 SD-OCT结构示意
谱域OCT系统是一种基于迈克尔逊干涉仪原理的低相干探测仪。该系统利用宽带光源和快速多通道光谱仪来获取干涉信息。它主要由以下几个组成部分构成：宽带光源、样品臂、参考臂和宽带光谱仪。
首先，光源发出的宽频光经过分光装置分为两路，一路进入样品臂，一路进入参考臂。在参考臂中，参考光经过反射镜反射后返回原路，并引入一个已知的延迟量。在样品臂中，探测光被聚焦至待测样品内部，然后经过样品的散射和反射后也返回原路，并与参考光发生干涉。
这两路反射信号的时延与样品内部的结构信息有关，同时也会对干涉光谱产生调制。通过将干涉光谱经过光栅分光，并利用光电探测器进行接收，我们可以采集到干涉信号。通过对所采集到的干涉信号进行傅里叶变换，就可以重构出对应于探测光聚焦方向上的深度解析反射率包络。
图2 SD-OCT原理示意
3. SS-OCT系统
扫频光学相干层析成像技术（SS-OCT）是一种基于扫频光源的OCT成像技术。通过利用高速平衡探测器来捕获不同频率的光信号，SS-OCT可以更加快速地生成高分辨率的层析图像，提供待测物体的内部结构和形态信息。由于扫频激光源的高速扫频，可以使用每个分立波长的高峰值功率来照明样品，从而提供更高的灵敏度，且几乎没有光学损伤的危险。
图3 SS-OCT结构示意
SS-OCT技术与在光通信领域广泛使用的光学频域测距（OFDR）技术在原理上是类似的。SS-OCT通过扫频光源输出光信号，光信号被耦合后分别传输至样品臂和参考臂。两臂反射的扫频光信号由于光程不匹配产生延迟，并且产生拍频。将探测器的拍频信号进行傅立叶变换产生轴向扫描信息，在频率上进行编码得到空间特征。信号光束直接入射到组织进行成像，然后从组织内部不同深度下进行反射或散射。
二、关键参数
1. 中心波长
OCT所使用的光源中心波长会影响实际成像深度和系统分辨率。对于波长较短的OCT系统例如880 nm的OCT系统，与中心波长为1300 nm的系统相比，前者具有更高的成像分辨率，但后者能够实现更深的成像深度。目前，LBTEK 研发的OCT系统支持850 nm、1060 nm和1310 nm中心波长，满足不同应用场景对成像分辨率和穿透深度的需求。
2. 轴向分辨率
在OCT系统中，轴向分辨率理论上取决于OCT所使用的光源中心波长及谱宽和所扫描样本的折射率，与成像深度成反比。其中，轴向分辨率理论表达式为：
其中，λ0是激光光源的中心波长，ns是样品介质的折射率，Δλ是激光光源光谱带宽的半峰全宽值。目前，LBTEK 研发的OCT系统可选择配置不同中心波长及谱宽的光源下，实现20 μm - 1.5 μm轴向分辨率，满足不同应用场景对轴向成像分辨率的需求。
3. 横向分辨率
OCT 系统的横向分辨率取决于OCT成像探头中的扫描透镜，具体而言，OCT扫描视场和横向分辨率呈反相关: 视场越大，横向分辨率越差。其中，横向分辨率理论表达式为：
其中λ0是光源的中心波长，fobj是样品臂聚焦物镜的焦距，d是聚焦物镜上光斑的直径，它通常由样品臂中光纤准直镜的孔径所决定。目前，LBTEK 研发的OCT系统支持5X、10X、20X等倍率显微镜和工业扫描镜头，满足不同应用场景对横向分辨率和视野的需求。
4. 扫频速率（成像速度）
OCT系统的扫描速率取决于其所使用的光源和探测器： 对于谱域OCT系统而言，OCT扫描速率主要由探测光谱仪中相机的速率决定。对于扫频OCT系统而言，OCT扫描速率则是由扫频激光光源的扫频速度决定的。目前，LBTEK研发的OCT系统可选择配置不同光源和探测器下，实现高灵敏度下的20 kHz-400 kHz扫描速率，满足不同应用场景对OCT扫描速度的需求。
OCT系统的参数配置是系统性的工作，需要对系统各个部件的深入了解，为此，对于有整机采购需求用户，LBTEK 提供全面周到的定制化服务。LBTEK 会根据用户的实际测量需求，提出具有最高性价比的参数组合，确保用户以最小的成本达到预期的需求；对于客户提出的本系统外的光机电算软的拓展需求，LBTEK 也会尽可能支持；对于客户观测样品所需的配件、样品台等，LBTEK 也能定制开发。
整体定制流程如下：
LBTEK 提供的OCT系统主要是由一台OCT主机、一套样品架，集成扫描头、Z轴调节架、XY平移样品台以及一台预装有专用软件的电脑主机（配置高清显示屏、鼠标、键盘），附加一粒密狗组成。光谱域光学相干层析成像技术（SD-OCT）采用的是频域检测方式，光源需要使用带宽光源，它将待测物体与参考镜反射回来进行干涉后的光束分成不同的频谱分量，利用高速光谱仪来获取不同频率的光信号。SD-OCT系统没有可移动部件，所以它具有机械稳定性高且相位噪声低的优点。扫频光学相干层析成像技术（SS-OCT）是一种基于扫频光源的OCT成像技术。通过利用高速平衡探测器来捕获不同频率的光信号，SS-OCT可以更加快速地生成高分辨率的层析图像，提供待测物体的内部结构和形态信息。由于扫频激光源的高速扫频，可以使用每个分立波长的高峰值功率来照明样品，从而提供更高的灵敏度，且几乎没有光学损伤的危险。对于有整机采购需求用户，LBTEK 提供全面周到的定制化服务。如有定制需求，请联系LBTEK 技术支持。
