Optical coherence tomography (OCT)

在我有限知識架構中，DHM已是神妙等極。但接下來的OCT，應該就是三界之外的神領域了吧。

OCT是Optical coherence tomography的縮寫，原理是Michelson Interferometer。操作上，是利用近紅外光可穿透人體細胞的特性，以近紅外光為光源，照射身體組織，因為生物組織不同深度層面對入射弱相干光反射不同，掃描後就能得到生物組織二維或三維結構圖(連結)。較容易想像的範例是超音波掃描，差別是超音波的波長較長，影像粗糙，光波因為波長短，能夠達到更精細的畫面。

因為不具侵入性，又達到細胞等級精密度，非常適合表面(皮下一公分內)組織的分析。

視網模

皮膚組織對比

較複雜的是血管造影，從影片(連結)可以看到這是一連串作業。首先心導管將裝置送到正確位置，藉由充氣製作出能讓後續掃描進行的工作區間，然後探頭以螺旋形式掃描整條血管，並即時由後端電腦重建血管3D模型。

-------理論與元件--------

如前述，OCT為一種光學干涉成像技術，與麥克森干涉儀(Michelson Interferometer)類似，組成同樣都是一個光源、一個參考光路、一個量測光路及感測器。光線射出後，被2×2光纖耦合器均分為兩路，一路是經透鏡準直並從平面反射鏡返回的參考光，另一路是經透鏡聚焦到被測樣品的採樣光束。兩者之間的光程差在光源相干長度之內時則發生干涉，探測器輸出信號反映介質的後向散射強度。由反射鏡返回的參考光與被測樣品的後向散射光在探測器上匯合，當兩者之間的光程差在光源相干長度之內時則發生干涉，探測器輸出信號反映介質的後向散射強度。介紹連結

光源特性上，因為利用了干涉現象。如果光源的同調長度愈長，代表干涉時兩道光束的光程差可以相差很大也會有干涉現象，反之如果光源的同調長度很短的話，那只有在兩道光束幾乎沒光程差的情況下才會形成干涉。而OCT是要觀測非常短距離的干涉，所以要盡量避免光程差很大還會造成干涉的現象，所以必須使用低同調，才會有好的空間解析能力。

而光源的同調長度和光源的頻寬成反比，所以頻寬越寬的光源其同調長度越短。這裡所謂的頻寬Δλ(spectral width)是指光束所含蓋電磁波的頻譜。

對於窄帶光源，如圖a所示，由於其相干長度很長，在相當大的光程差範圍內都能輸出干涉條紋變化。這樣的干涉條紋對比度與兩臂的光程差變化幾乎無關，無法確定零級條紋的位置，則無法找到等光程點，失去了精確定位的功能。而對於寬帶光源而言，如圖b所示，只有當兩臂的光程差在這個很短的相干長度之內時，探測器才能檢測到干涉條紋的對比度變化。而且，在對比度最大的地方對應着等光程點，隨着光程差的增加，對比度迅速銳減，因此具有很好的層析定位精度。於是可移動參考臂的反射掃描鏡，來尋找變化後的平衡點，通過測量反射掃描鏡的變化前後的位移即可測得相應的光纖傳感器長度的變化。

SLD資料(連結)。

另外在波長部分，考慮人體吸收比率最低的波段，700~1500是最適合的波段。

分光機制

原本以為會類似光學實驗室的支架和反射鏡。

連結位置

觀察商品化成品，似乎以下圖小型棒狀線路為多。

2×2光纖耦合器  連結位置

-------OCT分類 依參考光路區分--------

參考光路的設計方式，決定了OCT的基本設計差異，早期OCT多為時域OCT(Time Domain OCT，TD-OCT)。後期則是開發出頻域OCT(Fourier Domain OCT， FD-OCT)。

時域 OCT 採集的是隨參考臂光程變化的強度信號，它的每一個縱向掃描時間都等於參考臂光程變化一個周期的時間。

時域OCT的特點是，藉由參考臂移動反射鏡位置，對樣本的連續掃描時，可以量測到一連串的干涉波包，這些波包代表樣本在不同深度的介面之背向散射光的干涉結果，根據和相應的干涉信號強度即町獲得樣品不同深度(z方向)的測量數據，可以得到待測樣本斷層結構的厚度資訊。

由於光源為低相干寬帶光源，故其相干長度極短。而只有當參考臂和測量臂光程差在光源的一個相干長度之內時，背向散射光和參考光才會產生干涉，且當光程差接近零時才具有最大相干強度。因此，隨着參考鏡的軸向移動，可選擇樣品中與之光程相等的層來進行成像，而其他層的信息將被濾掉，從而實現了層析成像。

一個簡單組織的一次縱向掃描的結果。此樣品組織由兩層構成，折射率分別為n1和n2，與空氣的折射率 n 不同。樣品臂中，在兩種不同折射率介質的交界面處會發生反射。當參考臂的反射鏡掃描時，探測器的輸出端可以看到兩個干涉信號。其中第一個干涉信號對應着空氣與組織層1的交界面，第二個干涉信號對應着組織層1與組織層2的交界面。在載波頻率處解調，就可以得到原始的干涉信號的光強。通過沿樣品表面 X 方向和 Y 方向移動樣品臂可以獲得樣品的三維圖像。

時域機器架構圖

時域的延伸應用是FULL FIELD，主要差別是時域一次只看一個點，FF OCT一次會拍攝整個區域的照片，由數位相機拍攝回傳影像。

頻域 OCT 的參考臂無需掃描，它一次性地採集某一橫向位置的深度方向的干涉光譜信號，也就是頻域信號。深度方向的時域信號就編碼在這個光譜里。每一個縱向掃描實際就對應一個干涉光譜，對光譜做傅里葉變換即可恢復出時域信號。頻域 OCT 省去了傳統時域 OCT 當中深度掃描的時間，極大提高了成像採集速度。頻域 OCT 在近年來漸漸取代了時域 OCT，其重要原因在於其無需在參考臂中進行光程掃描，直接一次性獲取縱向掃描。如此，頻域OCT 系統的成像速度將得到極大提高。

頻域OCT又可區分為兩類。獲得干涉光譜目前主要有兩種方法。第一種是基於光譜儀，稱之為光譜頻域 OCT(SD-OCT)。機器架構如下。

SD OCT

SD OCT

分光部分包括光柵欄將光譜隔開(不知道是用點還是線，反射回的點光源如何分光呢)，再投射到line camera，進行光譜分析。光柵欄，可能來源 (連結) (連結) (連結)。

單點光譜分析 連結

另一種是基於掃頻光源，稱之為掃頻 OCT(SS-OCT)。SD-OCT是在最後階段，將光線通過光柵分光，分析不同波長的強弱，減少移動參考臂的動作，SS-OCT不然，它是在前端就產生不同波長雷射光，最後直接將光訊號轉變成電訊號，同樣不需要移動參考臂，也少了光柵的動作，優點是處理速度快，要考慮的是掃頻雷射價格非常高的問題。

SS OCT

頻域OCT的掃描方式
採樣光束在x-y平面內的掃描，一次處理一個點，逐步移動掃瞄點的位置，全部組合成一個完整的圖，可獲得樣品的三維結構信息。

類似MEMS的微機電 可控制鏡面角度 售價驚人

MICROVISION類似物品 連結

-------成品--------

OCT廠商至少四五十家，下面是比較特別。
非臨床，提供各式零件可自組，THORLABS，連結。還有這裡。網路論文詳細介紹其如何製作低成本OCT(連結)，零件甚至還提到液態鏡片??
非臨床，提供服務形式，LUMEDICA，連結
臨床，台灣公司，連結
臨床，工研院皮膚掃描，連結，連結