您点进来证明您需要OCT知识点，本文纯干货，今天将为您带来关于OCT的四大知识点。
使用800nm OCT在洋葱表皮横截面上的细胞成像
OCT的工作原理
什么是OCT？光学相干断层扫描（OCT）是一种3D成像技术，可以在散射介质中提供高分辨率成像，非破坏性且无需接触或耦合介质。横向成像分辨率可达几微米，深度可达数毫米。OCT能够提供表面轮廓以及关于亚表面结构和均匀性的信息，使其能够实时提供准确的信息，用于诊断、监测和原位过程反馈。因此，它已在眼科、皮肤科、血管造影和其他类型的生物成像中得到应用。它也是超声波材料检测和无损检测的高效替代方案，可提供高达每秒30帧图像的视频速率采集。
OCT如何工作？
使用800nm SD-OCT的真皮成像图，深度达数毫米。
OCT依靠来自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，z轴）和横向（垂直于光束或穿过样品的平面，x-y轴）的信息。轴向信息是通过评估从样品中的结构或层反射光的时间延迟获得的。这种技术类似于用于生成超声波图像的技术，使用光而不是声音。鉴于光速较高，要直接测量背向散射光的时间延迟并不容易。相反，OCT系统使用所谓的低相干干涉测量法，间接测量时间延迟。
从干涉测量到图像
在低相干干涉仪中，使用宽带光源进行照射（见图1）。从光源发出的光被分束器分成两束，称为干涉仪的参考臂和采样臂。来自每个臂的光被反射回来并在探测器上合束。只有当光在参考臂和采样臂中传播的时间几乎相等时，才会在检测器上看到干涉效应（强度的快速调制）。因此，干涉的存在可以作为光传播距离的相对量度。
图 1：低相干干涉测量的概念图。两条臂保持固定，便可测量两个臂之间的干涉。
光学相干断层扫描利用这一概念，用待成像的样品替换采样臂中的反射镜（图2）。然后以受控方式扫描参考臂，并将产生的光强度记录在检测器上。当参考臂反射镜与样品中的某一个反射结构几乎等距时，就会发生快速调制干涉图，并且可以进行处理以记录该结构的存在。发生干涉的两个反射镜位置之间的距离，对应于光束路径中样品的两个反射结构之间的光学距离。即使光束穿过样品中的不同结构，上述低相干干涉测量也有助于区分光束路径中每个独特结构的反射量。在这样做的过程中，可以测量材料散射以及结构作为深度的函数。
图 2：低相干断层扫描，样品包含不同深度的结构，每个结构都有唯一的记录。
滑铁卢大学Kostadinka Bizheva教授获得的高速、高分辨率体内角膜图像和3D成像。
探索样品结构的横向或x-y定位更简单。OCT中使用的宽带光源光束聚焦到一个小点（大约几微米）并在样品上扫描。通过使用扫描臂在x和y中映射样品，同时使用干涉测量收集深度信息，可以构建样品的完整3D图像。
傅里叶OCT
傅里叶OCT（FD-OCT）提供了一种更有效的方法来实现上述低相干干涉测量。不是记录参考镜不同位置的强度，而是将强度记录为光的波长或频率的函数。作为频率函数测量的强度调制称为频谱干涉。不同频率的强度变化率表示样品中不同反射层的位置。可以证明，光谱干涉数据的傅里叶变换提供的信息与移动参考镜获得的信息相同。
图3：傅里叶OCT（FD-OCT），其中镜臂保持固定并记录作为波长函数的干涉。
测量OCT中的光谱干涉有两种常用方法：宽带光源和扫频光源。在宽带光源OCT（SD-OCT）中，宽带光源向样品提供许多波长，并且使用光谱仪作为检测器同时测量所有波长。在扫频光源OCT（SS-OCT）中，光源扫过一系列波长，探测器的时域输出被转换为光谱干涉。
傅里叶OCT（FD-OCT）比干涉仪中扫描样品臂反射镜能更快地成像，因为样品的所有背向反射都是同时测量的。傅里叶OCT（FD-OCT）的高速特性为该技术开辟了一个全新的应用领域。使用商业系统，可以轻松获得实时视频、体内OCT成像，使其可用于过程监控和引导手术。
OCT的关键参数
分辨率
图 5：不同中心波长的带宽VS轴向（深度）分辨率
成像深度
OCT的成像深度主要受限于光源在样品中的穿透深度。此外，在傅里叶OCT（FD-OCT）中，深度受到光谱仪的有限像素数量和光学分辨率的限制。如前所述，傅里叶OCT（FD-OCT）中的图像是对光谱干涉数据的傅里叶变换获得的。傅里叶变换后的总长度或深度受光谱数据的采样率所限制，并受奈奎斯特定理的支配。N个像素采样的总带宽（Δλ）为我们提供了δλ=Δλ/N的波长采样率。由于傅里叶变换将频率与时间相关联，我们可以将波长转换为频率，δν=c*Δλ/λ2。奈奎斯特定理表明傅里叶变换数据中的最大时间延迟将为t.max= 1/2*δν，数据中的最大深度将为z.max=c*t.max。通过结合这些，傅里叶OCT（FD-OCT）中可实现的最大成像深度为：
在傅里叶OCT（FD-OCT）中，灵敏度理论上取决于反射的位置。最大灵敏度发生在零延迟差点附近，并随着我们远离零延迟点而降低。这种损耗是由光谱仪有限的像素尺寸和有限的光学分辨率所决定的。可以通过以下方式证明灵敏度与深度相关：
信噪比 （SNR）
信噪比通常定义为信号功率与噪声电平或功率的比值。作为一个统计量，噪声功率由其方差定义。OCT的噪声源主要有三种：
1.探测器噪声主要由电子设备热噪声引起
2.检测探测器上的散粒噪声
3.光源的相对强度噪声（RIN）
理想的系统并在散粒噪声域中工作时，具有最小的检测器和强度噪声。这种系统的性能受到达探测器的光子数量所限制。
OCT的灵敏度
使用1300nm SD-OCT获取的人角膜虹膜断面和晶状体顶面OCT图像。
OCT中的灵敏度是指系统从被观察样品中检测出最微弱的背向反射的能力。从数字上讲，它是信号衰减导致信噪比（SNR）为1（即信号电平等于系统固有噪声的点）。以分贝为单位的测量
信噪比或灵敏度通常以分贝（dB）为单位定义。一般来说，一个物理量的dB单位对应于10*log（Pa/Pb)。在进行光学测量时，应仔细考虑所讨论的功率。光功率(P)与光电探测器输出的电流(I)成正比，但电功率与I²成正比，因此，考虑光功率时，OCT中的信噪比和灵敏度测量值由20*log（Pa/Pb)。一般来说，在以dB表示值时，应明确区分是光功率还是电功率。
扫描速度
OCT系统的扫描速度取决于多个因素。首先是探测器上接收到的光量。速度与系统需要积累足够光子以获得良好信噪比的时间直接相关。速度的其他限制是系统参数本身。对于基于光谱仪的宽带光源OCT（SD-OCT）系统，相机传感器和电子设备的速度通常是限制因素。对于扫频光源傅里叶OCT（FD-OCT），扫频光源激光器的速度通常是极限速度。虽然扫频光源OCT（SS-OCT）经常因其速度而被选中，但近年来相机速度的不断提升已经开始缩小这一差距。
其他资源
800 nm OCT血管造影(OCTA)小鼠全耳图像，显示明确的血管模式。
如果您想更多地了解有关OCT技术及其相关应用，建议您更详细地了解下面文章信息。也欢迎您访问Wasatch Photonics公司的OCT图像库，看看OCT可能带来的惊人图像。如果您认为OCT可能适合您的研究、临床或工业应用，我们很乐意与您讨论更多的可能性。
• Brezinski, Mark E. Optical coherence tomography: principles and applications. Elsevier, 2006.
• Fercher, Adolf F., et al. “Optical coherence tomography-principles and applications.” Reports on progress in physics66.2 (2003): 239.
• Swanson, Eric A., and James G. Fujimoto. “The ecosystem that powered the translation of OCT from fundamental research to clinical and commercial impact.” Biomedical optics express 8.3 (2017): 1638-1664.
