1050nm 波段光学相干断层扫描成像的研究进展

1050nm 波段光学相干断层扫描成像的研究进展

陈林江，熊柯，吴京

( 南方医科大学南方医院眼科，惠侨科，广东广州510515)

关键词：1050nm;光学相干断层扫描; OCT;眼底;眼前节

光学相干层析断层扫描成像( optical coherence tomography，OCT) 是眼底及眼前段疾病诊断的重要成像工具。目前临床使用的OCT 仪探测波段普遍在850nm 左右，实际使用中因受探测功率和光散射的影响，该波段的探测光难透过视网膜色素上皮层而测量脉络膜病变情况。最新研究表明， 1050nm 波段OCT 对脉络膜能进行较清晰的成像，对进一步明确眼底疾病的诊断意义重大。现就1050nm 波段光学相干断层扫描诊断的研究进展综述如下。

1      OCT 的系统原理

OCT 是利用近红外弱相干光干涉原理检测生物活体组织不同层面对入射弱相干光的反射或散射信号强度，并通过断层扫描得到该层面二维图像并重建三维结构的精密光学检测仪。OCT 可直接在活体眼组织上进行非接触、非侵入性的检查，其穿透深度几乎不受屈光介质的限制，避免了接触检查潜在的感染风险，对了解眼内部结构及诊断青光眼、眼底病有独到优势［1，2］。

1.1   依干涉成像方式的不同，OCT 主要分为时域OCT及频域OCT 两类。时域OCT 利用单轴向扫描时参考臂反射镜的往复运动来进行某一深度的组织相干成像，成像速度受制于参考臂的运动速度。频域OCT 以光栅光谱仪为基础构建，使用时参考臂静止，通过傅里叶变换一次性将探测深度方向的反射光重建出来，不需进行深度扫描，可实现快速成像［3］。此外，还有一种扫频OCT，扫频激光器在不同时刻输出不同频率的激光，从而实现带宽扫描和频域变换。此技术尚不成熟，且光学元器件价格昂贵，基本还停留在实验室阶段［4，5］。

1. 2 频域OCT 系统由弱相干光源、Michelson 干涉仪以及扫描系统组成。弱相干光源产生的近红外光，经2×2 光纤耦合器后被等分为参考光束和信号光束: 参考光束进入参考臂后经平面镜反射，信号光束进入样品臂并穿透待测组织，不同的深度对信号光束会产生不同强度的反射光。来自参考臂的反射光和样品臂的反射光再次经光纤耦合器汇聚后发生干涉，通过透射光栅将不同波长的干涉光衍射到数字化线阵CCD 上，光强度转换为电信号并被计算机采集，经傅里叶变换为位置信息，再利用计算机重建出二维和三维结构。因光源具有弱相干性，只有特定强度的反射光才能与之发生干涉，可间接算出该强度对应的唯一层面深度。反射光的信号强弱与组织的散射及吸收程度相关，主要反映了组织的反射能力，其轴向分辨率主要由光源的带宽决定，以50 ～ 70nm 为主; 横向分辨率为10μm左右，主要由光学探测系统的数值孔径决定。

2      不同波段频域OCT 系统的比较

2.1  现有的商用频域OCT 系统，其波段基本均为850nm。即使是光源基本在人眼可见光范围外的超高分辨率OCT，其中心波段仍然是850nm。美国FDA 及ANSI 出于安全考虑，目前只批准了850nm 的工作波段，同时规定光功率安全阈值为0. 7mW，一天之内不能进行多于10 次检测［6］。虽然通过加大光源带宽的方式可以将轴向分辨率由10μm 提高至1 ～ 5μm，但由于视网膜色素上皮层能有效反射850nm 波段附近的光，使临床进一步探测深部脉络膜受到限制［7，8］。而同等条件下，1050nm 波段光源所允许的最大安全功率可达3. 5mW，对视网膜某一层面成像或微小病变的检出率明显提高。

2.2  探测光线对视网膜的穿透性限制了脉络膜的成像质量。光线对视网膜的穿透性主要受限于视网膜色素上皮细胞产生的散射和吸收，也与眼底色素沉着有关。在600 ～ 1200nm 波段范围内，光的散射随着波段的增加呈单调递减趋势，尤其是更长波段的光在生物组织中的散射会明显下降，因此水对800nm 波段的光线吸收较强，而对1050nm 波段的光线吸收和散射少( 图1) 。眼内组织的主要成分为水，利用1050 波段的探测光进行OCT 成像，不但探测光的散射和吸收最小，且光源可达到更大的功率，提供更深的探测深度，从而获得更好的成像质量，这就是1050nm 波段OCT进行脉络膜成像的最重要优势［9， 10］。

3  1050nm 波段OCT 在眼科的应用

3.1  1050nm 波段OCT 系统具有自适应及跟踪能力，可精准测量角膜厚度，有效减少斑点噪声，对精确制作角膜瓣和术后随诊观察有重大意义［11］。

3.2 与正常晶状体相比，成熟期白内障的成像感光范围从接近40dB 降至接近10dB，不管是频域还是时域OCT，800nm 波段系统均无法进行视网膜清晰成像。而1050nm 波段光的散射低，可以穿透更深的组织，并采用自放大光源，在入射光强度很低的情况下依然能对视网膜色素上皮层以下结构清晰成像，成为屈光介质混浊情况下了解视网膜病变的有力工具［12］。

3.3  1050nm 波段OCT 可高速、多线程地环状扫描视盘，利用算法得出视盘周边神经纤维细胞层厚度，较好地区分血管信号与周围组织，并消除血管影。由于组织穿透性与波段长度呈正相关，可测量筛孔直径的变化情况，更好地评估视神经损害的程度。还可通过水平扫描角膜及虹膜睫状体，环形重建前房角，明确各个角度上房角的开闭情况，已成为诊断和评估青光眼进展程度的重要手段［13， 14］。

3.4 1050nm 波段系统的采样范围为512×60 平方格，可在全区域内同时进行高密度扫描，并提供更高的信噪比，对视网膜色素上皮、脉络膜毛细血管血管的可视化解剖有明显改善，可准确分辨各层结构。湿性年龄相关性黄斑变性的患者，早期脉络膜毛细血管异常增殖，并在Bruch 膜上形成线样沉积，最终增殖性血管膜严重影响中心视力，利用常规检查难以测出，但通过1050nm 波段OCT 系统即可清晰成像，对早期诊断并治疗提供更多帮助［15， 16］。

3.5 在糖尿病性视网膜病变早期，眼底3、4 级血管的流速即明显变慢，利用多普勒-频域OCT 系统可测量视盘周边主要血管的流速，将诊断时间提前一了大步。利用1050nm 波段OCT 可对眼底渗出的形态及其在视网膜中的层次准确成像，并了解黄斑区下方情况，更好

地指导下一步治疗［17］。

4  OCT 在其他学科中的应用进展

利用光衰减系数的变化，能实时了解真皮及皮下组织修复情况，并早期干预［18］; 心内科将OCT 与冠脉造影术相结合，了解斑块和血管壁的结构情况，评估斑块的破裂趋势［19］; 利用内窥镜的配合可将OCT 送入胃肠道内，通过环形扫描技术评估溃疡、克罗恩病等疾病

的进展程度及治疗效果［20］，今后这一技术可能将扩展至其他自然腔道，如呼吸系统［21］。此外，全光纤口腔OCT 可无创检出早期牙釉质表面和表层下的人工龋变，用于龋病的早期诊断及量化监控［22］。

5  结语与展望

与850nm 波段相比较，1050nm 波段OCT 具有高安全阈值，低吸收、低散射的特点，导致其具有更高的探测灵敏度和深度，能突破色素上皮层，对脉络膜和毛细血管进行成像，这对于眼底疾病的早期诊断和治疗有积极意义，是OCT 领域的新方向，值得进一步研究。

下一步，可在OCT 系统中添加更多的生物学参数测量工具，并通过设计大样本的诊断试验，利用OCT系统与现有的生物学测量仪器对不同人群进行重复对照测量，进一步提高系统的精确值，为未来实现一站式眼科检查创造条件。

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