光学相干层析成像（OCT）及其应用 Part 4

1/12/2022，作者：美国华莱光电 刘玥 博士！

4.OCT的应用和光源的选择

表2总结了国内外关于SS-OCT在生物医学以及工业方面应用的研究，以供参考。



4.1 生物医学应用（Biomedical applications）
   OCT成像的非接触、非侵入性优势使其非常适合于用来实现对生物组织或小动物等样本的成像。已经开发的OCT成像系统涵盖多种波长、成像分辨率和速度性能，可满足不同应用场景的需求。
   生物组织对不同波长的光有着不同的散射和吸收系数。一般情况下，波长小于600nm的光在生物组织中会发生强烈散射，穿透深度仅为100um左右。因此，波长小于600nm的光不适合用作为生物医学光学成像的光源。对于波长超过2000nm的光，水分子对其的吸收非常强。通常生物组织含有大量的水份，因此波长超过2000nm的光也不适合用作为生物医学光学成像的光源。
   生物组织成像的光学窗口为700nm-1500nm波长段，在该波段内，通常850nm、1060nm和1300nm被选用做OCT成像的光源，也有用到1550nm波长光源的报道。人的视网膜对短波长的光吸收较弱，并且眼科成像要求更高的轴向分辨率。根据前节的介绍，在相同条件下，短波长的光源与长波长光源相比，可获得更高的轴向分辨率。因此，850nm和1060nm的光源在眼科成像应用上较长波长光源更具优势。对于不透明介质成像，比如牙齿，波长较长的光波具有更深的成像穿透力，因此，1300nm和1550nm波长对于混浊介质样品的成像相比短波长光源更具优势。

4.2 生物医学以外的应用（Beyond Biomedicine）
    OCT成像以其无接触，可提供较高分辨率图像的优点，也使得该技术在生物医学领域以外的应用颇具吸引力。
比如在工业领域，可通过OCT成像即使实现对精密机械金属零件的形状和曲率半径检测和测量，以及金属零件之间的焊接裂纹的检测；根据玻璃基板表面涂层的折射率、吸收系数和消光系数等参数，OCT技术可实现对薄膜厚度的检测；在污水处理领域，可通过OCT技术检测污染层内部结构的变化来分析污染机理；在艺术鉴定领域，OCT技术可用于陶瓷表面检测；在生物领域，可用于检测植物叶片、种子等的形态。简而言之，通过不断创新，OCT技术有望在更多的领域得到应用。
   对于生物医学以外的应用，通常对分辨率的要求相对较低，并且可以接受更高的输入光功率，从而获得更深的穿透深度。比如在激光焊接等领域，具有高输出功率的光纤激光器和固态激光器被采用做为实现OCT成像的光源。
正常情况下，如果是施加在人体上，出于安全考虑，要求光功率小于2mW。

5.总结
1.OCT成像系统的实现技术主要有三种：TD-OCT、SD-OCT和SS-OCT。在进行讨论之前，我们需要先明确讨论的是哪种实现方式；
2.不同应用对OCT成像系统的轴向分辨率、横向分辨率、成像深度和速度以及灵敏度等关键指标有着不同的要求；
3.短波长光源适合于透明介质或含水材料的成像，而长波长光源更适合于不透明介质的成像；
4.相同条件下，短波长光源具有更好的轴向分辨率，而长波长光源具有更好的成像深度；
5.降低扫描源的扫描速度有助于检测到更弱的样本反射光；
6.在生物医学以外的某些领域，确定表面位置的准确性和精度比成像深度或对样品反射光的接收灵敏度更重要。

6.彩蛋
参考图15读者可以对由OCT技术得到的1D，2D，和3D图像有一个比较直观的了解。