TOP > 产品一览 > 光学成像/传感 > OCT原理

Beyond Imaging

OCT原理

santec有多款SS-OCT用设备。
介绍一下SS-OCT原理以及符合客户使用目的的产品。

光学相干断层扫描(OCT)是一种非侵入性、无损伤光学成像技术,可以以μm级的分辨率在数毫米的深度上实时测量一维深度方向、二维断层图像以及三维体积图像。OCT利用从不同物质层反射的光,将样品内部的结构图像化。OCT成像与超声波测量有相似之处,但其特点是测量深度略有变浅,但可获得非常高的分辨率。由于可实现最大深度数10mm、轴向分辨率5μm以上的图像化,OCT被定位为"超声波"和"共焦点显微镜"测量的正好中间的测量仪器。除了高分辨率和深部成像外,非接触、无损伤的有点还适用于生物组织、小动物和物质的图像样本的获取。

图1
图1

现在,高速、高灵敏度、可测量的傅立叶域相干层析成像(FD-OCT)成为主流。FD-OCT基于利用光源的相干特性测量样品中光路长度延迟的低相干干涉法。在OCT中,为了以μm级的分辨率获得截面图像,干涉仪被设定为测量从样品反射的光与参照臂的光路长度之差。如图2所示,光分为迈克尔逊干涉仪的样品臂和参考臂。由样品中折射率的变化引起的反射光再次入射到样品臂光路的光纤内,与经过一定光路的传输而返回参考臂中的光结合。结果得到的接口程序(干涉条纹)通过干涉仪的检测臂进行测量。
由平衡探测器测量的接口的频率与反射体在样品中的位置深度有关。结果,通过对测量的接口程序进行傅里叶变换,可以获得深度(一维)方向的反射率轮廓(A-扫描)。二维断层图像(B-扫描)通过扫描照射到OCT样品的光线来创建。由于样品臂的光线在样品中进行扫描,因此可以通过重叠一些列的A-扫描信息来制作二维图像。同样,当OCT的光源沿正交方向扫描时,可以通过二维图像的集合来构成三维体积数据集。在FD-OCT中,二维图像以毫秒为单位进行测量,而三维图像现在以不到1秒的速度进行测量。
Santec的OCT在FD-OCT中使用最先进技术的高速波长扫描光源的方式(SS-OCT),具有高速、高灵敏度、长测量范围。SS-OCT使用高速扫频率扫描光源和光电检测器,以高速获取接口程序。接口程序被检测为光频率的函数。由于参考臂内的光延迟是固定的,来自样品不同深度的反射光会产生具有不同频率分量的干涉条纹。然后通过傅立叶变换分离来自不同深度的信号,生成采样深度方向轮廓。

图2
图2
图3
图3

波长带宽

OCT中使用的波长需要考虑测量对象的光吸收和散射特性。基本上,波长越长水的吸收越大,波长越长散射越小。例如,测量眼底时,为了减少玻璃体对水的吸收,以前使用的800nm波段的波长。最近,使用散射系数更低的1060nm波段的波长,提高在散射体视网膜组织的测量深度的诊断器也在增加。另一方面,在皮肤和内窥镜应用的的情况下,比起水的吸收,为了避免因组织的散射而导致的测量深度的降低,使用了1310nm波段的波长。工业产品也一样,一般的工业产品散射的影响较大,使用的是1310nm波段的波长。使用1310nm波段的优点之一是可以使用光纤通信中使用的高质量、低价格的器件。Santec提供1060nm波段和1310nm波段的SS-OCT系统。

成像速度

单一深度轮廓(强度vs深度)成为A-扫描。2维断层图像通过横向扫描OCT波束,连续收集A扫描而形成(B-扫描)。B-扫描所需的速度取决A-扫描。A-扫描速率和灵敏度是联动的光学参数。A-扫描速率越高,灵敏度就越低。实际上,OCT系统的A-扫描速度越快,越可以进行高速测量,灵敏度越高,越可以获取高对比度的图像。一般来说,A-扫描速率和灵敏度之前存在折衷关系。Santec的OCT有最快可以获取400kHz的A-扫描速率的机型。

100 kHz @1310 nm IVS-2000-HS
400 kHz @1060 nm IVS-1000-VCSEL
イメージング速度

测量速度

OCT系统的测量深度基本上受测量对象光的吸收和散射的限制。此外,FD-OCT受Nyquist 定理测量数据的数量限制,测量数据间隔越短,测量深度越长(深)。测量数据间隔由数据获取侧方的速度和光源的速度决定。另一方面,根据光源的相干性(相干长度),测量距离(深度)越长,信号强度越低。相干长度的定义是干涉条纹振幅为一般(点像函数为 -6dB)的距离,OCT检测从测量物反射回来的光,因此换算为深度时为其一半。也就是说,这意味着相干长度的一半深度处,点像函数的强度降低6dB。在Santec的OCT中,有最多可得到70mm以上的测量深度范围的模型。

测量深度范围 ≧ 18 mm @1310nm IVS-2000-LC
测量深度范围 ≧ 70 mm @1060nm IVS-1000-VCSEL
測定深度

轴向分辨率

在OCT中,轴向(深度)分辨率取决于不同的因素,与成像深度成反比。OCT系统的轴向分辨率在很大程度上取决于波长范围以及中心波长有关。扫描范围越宽,轴向分辨率越高。对于相同的扫描范围,较短的中心波长也提供了较高的轴向分辨率。Santec的OCT系统中也有在生物体内获取5 μm以下分辨率的系统。

IVS-2000-HR

横向分辨率

横向分辨率取决于探测器镜头的特性。横向分辨率与焦深存在权衡关系,需要高横向分辨率时,焦深会变短。在Santec的OCT系统IVS-2000中,可以根据客户的要求选择镜头的特性。

軸方向分解能

联系我们

技术支持/下载

查看更多产品信息