光学相干断层扫描

光学干断层扫描 (OCT) 是一种以相当于低倍显微镜的分辨率获取半透明或不透明材料的次表面图像的技术。 它实际上是“光学超声”，对来自组织内部的反射进行成像以提供横截面图像。

OCT 引起了医学界的兴趣，因为它提供的组织形态图像分辨率比 MRI 或超声等其他成像方式高得多（轴向分辨率小于 10 μm，横向分辨率小于 20 μm）。

OCT 的主要优点是：

近显微分辨率的实时地下图像
组织形态的即时、直接成像
无需准备样品或受试者，无需接触
无电离辐射

OCT 提供高分辨率，因为它基于光，而不是声音或无线电频率。 光束指向组织，并收集从次表面特征反射的一小部分光。 请注意，大多数光不会被反射，而是以大角度散射。 在传统成像中，这种漫射散射光会产生模糊图像的背景。 然而，在 OCT 中，使用一种称为干涉测量的技术来记录接收到的光子的光程长度，从而可以拒绝大多数在检测前多次散射的光子。 因此，OCT 可以通过拒绝背景信号同时收集从感兴趣表面直接反射的光来构建厚样品的清晰 3D 图像。

在已引入医学研究界的无创三维成像技术范围内，OCT 作为一种回波技术类似于超声成像。 其他医学成像技术，如计算机轴向断层扫描、磁共振成像或正电子发射断层扫描，不使用回声定位原理。

该技术仅限于在生物组织表面以下 1 至 2 毫米处成像，因为在更深的深度，没有散射而逃逸的光的比例太小而无法检测到。 不需要对生物标本进行特殊准备，图像可以“非接触”或通过透明窗口或膜获得。 同样重要的是要注意，所用仪器的激光输出很低——对人眼安全的近红外或可见光——因此不太可能损坏样品。

理论

OCT 的原理是白光，或低相干，干涉测量法。 光学装置通常由干涉仪（图 1，通常是迈克尔逊型）和低相干、宽带宽光源组成。 光分别从参考臂和样本臂中分离出来并重新组合。

在时域 OCT 中，参考臂的路径长度随时间变化（参考镜纵向平移）。 低相干干涉法的一个特性是干涉，即暗条纹和亮条纹的系列，只有当光程差位于光源的相干长度内时才能实现。 这种干涉在对称干涉仪中称为自相关（双臂具有相同的反射率），或者在常见情况下称为互相关。 这种调制的包络随着路径长度差的变化而变化，其中包络的峰值对应于路径长度匹配。

两个部分相干光束的干涉可以用光源强度 I S {\displaystyle I_{S}} 表示

其中 k 1 + k 2 < 1 表示干涉仪分束比，γ ( τ ) 是 称为复杂的相干度，即依赖于参考臂扫描或时间延迟 τ 的干扰包络和载波，其恢复在 OCT 中很重要。 由于 OCT 的相干门效应，复杂的相干度表示为高斯函数

其中 Δ ν 表示光源在光频域的光谱宽度，而 ν 0 是光源的中心光频率 . 在等式 (2) 中，高斯包络由 opt 幅度调制。