OCT：从原理到关键参数

OCT：从设计原理到重要性叁数

一、甚么是OCT？

光学相干断层扫描（OCT）是一种三维成像技术，可以在散射介质中进行高分辨率成像，无需(xu)接触样(yang)(yang)品(pin)或(huo)使用(yong)任何耦合介质。OCT的(de)(de)横向(xiang)成像(xiang)分辨(bian)率可达(da)到几微米(mi)，成像(xiang)深(shen)度可达(da)几毫(hao)米(mi)。OCT能(neng)够提(ti)供(gong)(gong)样(yang)(yang)品(pin)表(biao)(biao)面(mian)轮廓和次表(biao)(biao)面(mian)结(jie)构（即表(biao)(biao)面(mian)以(yi)下的(de)(de)结(jie)构）及样(yang)(yang)品(pin)均匀性的(de)(de)信息(xi)，从而(er)实时提(ti)供(gong)(gong)准确的(de)(de)信息(xi)用(yong)于(yu)诊断、监测和现(xian)场过程反馈。因此，OCT已经在(zai)眼科(ke)、皮肤科(ke)、血管(guan)造影(ying)等生物(wu)成像(xiang)领(ling)域得(de)到了应用(yong)，并且在(zai)材料检测和无损检测中作(zuo)为(wei)超声波的(de)(de)强大替代技术。

 

二、OCT的的工作的原理

OCT依赖于样品不同区域的背向散射光来生成3D图像。它使用不同的定位技术来获取轴向（沿光束方向或进入样品的z轴）和横向（垂直于光束的平面或样品的x-y轴）信息。轴向信息是通过估计从样品中的结构或层反射的光的时间延迟来获得的。这种技术类似于生成超声波图像的技术，但使用的是光而不是声音。由于光速极快，直接测量反向散射光的时间延迟并不容易。因此，OCT系统使用低相干干涉技术间接测量时间延迟。

1.手(shou)机(ji)端决定(ding)性(xing)臂满足OCT测(ce)试(shi)

在低相干干涉仪中，使用具有宽光谱带宽的光源进行照明。光源发出的光被分束器分成两条路径，称为参考臂和样品臂。来自每条臂的光被反射并在检测器处结合。只有当参考臂和样品臂的光程几乎(hu)相等时(shi)，检测器上(shang)才会(hui)出现(xian)干涉效应。因此，干涉现(xian)象的(de)出现(xian)可(ke)以被用来进行光(guang)程的(de)相对测量。

光学相干断层扫描就是将样品臂中的镜子替换为待成像的样品。然后对参考臂进行扫描，并(bing)在(zai)检测器上记(ji)(ji)录(lu)(lu)得到(dao)的(de)(de)(de)光(guang)强(qiang)度。当镜子几乎与样(yang)品(pin)(pin)中(zhong)的(de)(de)(de)某个反射结(jie)构(gou)等(deng)距时，会(hui)出现一定的(de)(de)(de)干(gan)(gan)(gan)涉图案，从而(er)(er)获得样(yang)品(pin)(pin)对应位置的(de)(de)(de)结(jie)构(gou)信(xin)息。显然在(zai)参考镜移动(dong)的(de)(de)(de)过(guo)程中(zhong)，两次(ci)干(gan)(gan)(gan)涉发生(sheng)对应的(de)(de)(de)参考镜位置之(zhi)间的(de)(de)(de)距离(li)对应于测量(liang)光(guang)路中(zhong)样(yang)品(pin)(pin)两个反射结(jie)构(gou)之(zhi)间的(de)(de)(de)光(guang)学距离(li)。当光(guang)束穿过(guo)样(yang)品(pin)(pin)时，不同的(de)(de)(de)位置的(de)(de)(de)结(jie)构(gou)会(hui)通过(guo)上述低相干(gan)(gan)(gan)干(gan)(gan)(gan)涉记(ji)(ji)录(lu)(lu)的(de)(de)(de)反射量(liang)被(bei)记(ji)(ji)录(lu)(lu)下(xia)来，从而(er)(er)得到(dao)测量(liang)样(yang)品(pin)(pin)的(de)(de)(de)散(san)射信(xin)号和(he)深度之(zhi)间的(de)(de)(de)函(han)数关系(xi)。

 把 OCT 中采用的带宽灯源光线自动对焦到一款小白点（约几μm），并在样板安于现状行x-y扫苗，也采用抵触检测采集而来的深度图片信息，这类能够搭配样板的系统 3D 画面。 

2.傅里叶域OCT

傅里叶域OCT（FD-OCT）具备统计数据没事种更高的效的措施来实现目标这些低相干干扰。傅里叶域OCT（FD-OCT）并没有像上端谈及措施那在考虑镜的各个地理地段記錄抗弯的程度，即使将抗弯的程度記錄为光的光光波波长（或次数=光的速度/光光波波长）的数学函数。各个次数的光抗弯的程度变动率造成样品英文中各个反射面层的地理地段新讯息。是可以证明格式，光谱仪干扰统计数据的傅里叶变幻具备统计数据的新讯息等同于于活动考虑镜所刷快的新讯息。

 

3.傅里(li)叶域OCT估测光谱(pu)图干涉现象的二种普遍(bian)方案(an)

光谱域光学相干断层扫描（SD-OCT：Spectral Domain Optical coherence Tomography）：宽带光(guang)源向样品发出包含很多多波长成分的光(guang)谱管，并使(shi)用光(guang)谱仪同时测量所(suo)有波长。

扫频源光学相干断层扫描（SS-OCT：Swept Source optical coherence tomography）：光(guang)源在一系(xi)列波长范围内进行扫频，检(jian)测器的时间输出被(bei)转换(huan)为(wei)光(guang)谱干涉。

 傅里叶域OCT相对对比于打搅仪中图纸臂镜的可移动得到更好的激光散斑的时间，毕竟图纸的任何反射层都被及时的一同衡量出了的。傅里叶域OCT形成的的时间不断提升为该能力发展壮大了坐版的选用范畴。完成房地产业化的设汁，傅里叶域OCT可轻松愉快换取进行视频播放、面下OCT激光散斑，使其对比广泛用以用以比如说整个过程监察和近视手术优化等对进行性的标准对比高的范畴中。  

三、OCT体(ti)系的(de)重中之重运作

1.粪便率

OCT软件系统的心轴和横着区分率是自由的。

轴向（深度）分辨率与光源的带宽（相干长度）有关。对于高斯形光(guang)谱，轴向分辨率 (λc) 由(you)以下公式(shi)给出：

其中：λ是中心波长，Δλ 是光源的(de)带宽。

需要注意的是，这个光谱是指在探测器上测量到的光谱，可能与光源的发射光谱不同，这是由光学(xue)元件和(he)探测器(qi)本身的(de)响应造(zao)成的(de)影响所致。需要(yao)注(zhu)意的(de)是，严格来讲(jiang)上(shang)述公式仅适用(yong)于高斯形光谱，对(dui)于其他(ta)光谱形状(zhuang)仅可作为一(yi)个(ge)分辨(bian)率(lv)估(gu)(gu)算参考。对(dui)于任意已知形状(zhuang)的(de)光谱，应估(gu)(gu)算轴(zhou)向扩展函数以了(le)解可实现的(de)分辨(bian)率(lv)和(he)可能的(de)边带。下图(tu)中的(de)轴(zhou)向分辨(bian)率(lv)方程的(de)图(tu)显示了(le)三个(ge)不同中心(xin)波长的(de)情(qing)况，展示了(le)光源带宽(kuan)对(dui)近红外常(chang)用(yong)工作带中的(de)轴(zhou)向分辨(bian)率(lv)的(de)影响

2.成相角度

OCT（光学相干断层成像）的成像深度主要受光源在样品中的穿透深度限制(zhi)。此外(wai)，在(zai)傅(fu)里(li)叶(ye)(ye)域OCT中，深(shen)度还受到光(guang)谱(pu)仪有(you)限像素(su)数和光(guang)学分辨(bian)率的限制(zhi)。如前(qian)所述(shu)，傅(fu)里(li)叶(ye)(ye)域OCT中的图像是在(zai)傅(fu)里(li)叶(ye)(ye)变换光(guang)谱(pu)干涉数据后获得的。傅(fu)里(li)叶(ye)(ye)变换后的总(zong)长度或(huo)深(shen)度受光(guang)谱(pu)数据采(cai)样率的限制(zhi)，并遵循奈奎斯特定理。

具体情况比喻，光谱分析分析资料采集率（或采集比热容）指的是在给定的主光波光波长範圍内，光谱分析分析仪能够辨认和统计的主光波光波长点的数据。高的采集比热容意思着在相同之处的主光波光波长範圍内有更加的采集点，才能可以才能得到高的辨认率和越大的激光散斑深层次。

由N个像素采样的总带宽（Δλ）给出了波长采样率δλ = Δλ/N。由于傅里叶变换将频率与时间关联起来，我们可以将波长转换为频(pin)率，δν = cΔλ /λ²。奈奎斯特定理表(biao)明，傅里叶变(bian)换数(shu)据中(zhong)的(de)zui大时(shi)间(jian)延迟将(jiang)是tmax = 1/2 δν，而数(shu)据中(zhong)的(de)zui大深(shen)度(du)将(jiang)是zmax = c* tmax。通过结合这些，傅里叶域OCT中(zhong)可实现(xian)的(de)zui大成像深(shen)度(du)为：

3.精确度(du)度(du)随深度(du)1的发生改(gai)变(bian)联系

在傅里叶域OCT中，理论上灵敏度取决于反射目标的位置。zui大灵敏度出现在样品光和参考光之间(jian)光(guang)程(cheng)正好(hao)相等的(de)点(dian)(dian)，即零延迟(chi)(chi)差点(dian)(dian)附(fu)近，并且随着我们远离(li)零延迟(chi)(chi)点(dian)(dian)而减小。这(zhei)种(zhong)损(sun)失是由光(guang)谱仪的(de)有限像素大(da)小和(he)有限光(guang)学分辨率导致的(de)。可以证明，灵敏度与深度的(de)关系如下：

至少R(z)：随的深度的变化的敏度度。z: 长度，基本指光在仿品中宣传推广的距离感。ρ: 同一个与光谱图仪辩别率和线光源带宽起步相应的的常数，实际上分类完全依赖于控制系统的结构设计。W=δλ/Δλ: 这之中δλ是主波长监测率（光谱仪仪的判定率），Δλ是总带宽使用sin(ρz): 带表主要是因为光谱分析仪有限责任手机像素受到的解调反应。sin(ρz)/(ρz): 显示因此有限制像数带来的幅度调制作用的归一化形exp[-z^2/(wρ)] : 指标值衰减项，表明由光谱分析仪局限光学薄膜粪便率使得的衰减反应。

经由这一函数可能够，OCT的准确度度渐渐氧分子强度z^2的增高而缩小，类似这些缩小是由光谱仪仪的有限的图片像素和光电器件分别率共同利益选择的。 

4.信噪比

信噪比正常定议为网络信号最大瓦数与的噪音最大瓦数的比重，的噪音最大瓦数用其方差来定议。 OCT的注意的噪音特征有：A，探测系统器的噪音，首要来自五湖四海光学电气元件的热震荡。B，考虑到激光去往和测探器论文检测的确定性方差所产生的散粒环境噪声。C，光线的相标准躁声 (RIN)。很理想的OCT软件系统，应是其检测器和硬度环境环境噪声都被zui小化碰掉，在散粒环境环境噪声域内办公，其特点仅异常于实现检测器的光量子比例。

5.OCT的敏锐度

在光学反应相干断陷测试 (OCT) 中，迅敏性度指平台检验模板全反射zui变弱4g移动走势的功能。值上，迅敏性度是使4g移动走势高于信噪比 (SNR) 为1时的4g移动走势衰减水平，即4g移动走势硬度相当平台之前躁声的点。

6.噪(zao)音分贝 (dB) 机关单位的在(zai)测量

信噪比或灵敏度常用分贝 (dB) 表示。物理量的dB单位对应10log(Pa/Pb)。光学测量中，光功率 (P) 与光电探测器输出电流 (I) 成(cheng)正比(bi)，但电功率(lv)与I²成(cheng)正比(bi)，因(yin)此考虑(lv)光功率(lv)时，OCT的SNR和灵敏(min)度(du)测(ce)量用20log(Pa/Pb)。

7.访问速度

OCT平台的时光考量于实现探测平台器的光量。时光与平台1个可以光波的时光真接涉及到的。其他的受限情况其中包括各不件主观能动性产品参数的受限，列如：由于光谱分析图仪的光谱分析图域OCT平台时光受单反照像机感应器器和光电子组件受限。相对于扫频光线傅里叶域OCT，扫频脉冲光线的时光常是受限情况。无论怎样SS-OCT常因时光被选择，近些以来单反照像机时光的不断进步开端降低这相差太多。

 

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