光學相干層析成像（OCT）及其應用 Part 4

1/12/2022，作者：美國華萊光電 劉玥 博士！

4.OCT的應用和光源的選擇

表2總結了國內外關于SS-OCT在生物醫學以及工業方面應用的研究，以供參考。



4.1 生物醫學應用（Biomedical applications）
   OCT成像的非接觸、非侵入性優勢使其非常適合于用來實現對生物組織或小動物等樣本的成像。已經開發的OCT成像系統涵蓋多種波長、成像分辨率和速度性能，可滿足不同應用場景的需求。
   生物組織對不同波長的光有著不同的散射和吸收系數。一般情況下，波長小于600nm的光在生物組織中會發生強烈散射，穿透深度僅為100um左右。因此，波長小于600nm的光不適合用作為生物醫學光學成像的光源。對于波長超過2000nm的光，水分子對其的吸收非常強。通常生物組織含有大量的水份，因此波長超過2000nm的光也不適合用作為生物醫學光學成像的光源。
   生物組織成像的光學窗口為700nm-1500nm波長段，在該波段內，通常850nm、1060nm和1300nm被選用做OCT成像的光源，也有用到1550nm波長光源的報道。人的視網膜對短波長的光吸收較弱，并且眼科成像要求更高的軸向分辨率。根據前節的介紹，在相同條件下，短波長的光源與長波長光源相比，可獲得更高的軸向分辨率。因此，850nm和1060nm的光源在眼科成像應用上較長波長光源更具優勢。對于不透明介質成像，比如牙齒，波長較長的光波具有更深的成像穿透力，因此，1300nm和1550nm波長對于混濁介質樣品的成像相比短波長光源更具優勢。

4.2 生物醫學以外的應用（Beyond Biomedicine）
    OCT成像以其無接觸，可提供較高分辨率圖像的優點，也使得該技術在生物醫學領域以外的應用頗具吸引力。
比如在工業領域，可通過OCT成像即使實現對精密機械金屬零件的形狀和曲率半徑檢測和測量，以及金屬零件之間的焊接裂紋的檢測；根據玻璃基板表面涂層的折射率、吸收系數和消光系數等參數，OCT技術可實現對薄膜厚度的檢測；在污水處理領域，可通過OCT技術檢測污染層內部結構的變化來分析污染機理；在藝術鑒定領域，OCT技術可用于陶瓷表面檢測；在生物領域，可用于檢測植物葉片、種子等的形態。簡而言之，通過不斷創新，OCT技術有望在更多的領域得到應用。
   對于生物醫學以外的應用，通常對分辨率的要求相對較低，并且可以接受更高的輸入光功率，從而獲得更深的穿透深度。比如在激光焊接等領域，具有高輸出功率的光纖激光器和固態激光器被采用做為實現OCT成像的光源。
正常情況下，如果是施加在人體上，出于安全考慮，要求光功率小于2mW。

5.總結
1.OCT成像系統的實現技術主要有三種：TD-OCT、SD-OCT和SS-OCT。在進行討論之前，我們需要先明確討論的是哪種實現方式；
2.不同應用對OCT成像系統的軸向分辨率、橫向分辨率、成像深度和速度以及靈敏度等關鍵指標有著不同的要求；
3.短波長光源適合于透明介質或含水材料的成像，而長波長光源更適合于不透明介質的成像；
4.相同條件下，短波長光源具有更好的軸向分辨率，而長波長光源具有更好的成像深度；
5.降低掃描源的掃描速度有助于檢測到更弱的樣本反射光；
6.在生物醫學以外的某些領域，確定表面位置的準確性和精度比成像深度或對樣品反射光的接收靈敏度更重要。

6.彩蛋
參考圖15讀者可以對由OCT技術得到的1D，2D，和3D圖像有一個比較直觀的了解。