過去幾年間,，光學相干斷層掃描技術 (OCT) 獲得長足的發(fā)展,。自從 OCT 問世以來，眼科醫(yī)生便運用近紅外線技術拍攝眼后段結構的高畫質(zhì)影像,。由于眼部組織呈半透明狀,，因此 OCT 可提供顯現(xiàn)視網(wǎng)膜病變的影像，藉以診斷和監(jiān)控青光眼及黃斑水腫等視網(wǎng)膜疾病,。如今,，許多以 OCT 為基礎的醫(yī)療應用已臻成熟，另外有多項全新應用正在開發(fā)階段,。
圖 1. 眼科醫(yī)生運用 OCT 儀器的范例
OCT
成像的原理與超聲波類似,，只不過是運用反射的近紅外線做為成像媒介形成影像，而非運用反射的聲波,。近紅外線光源 (一般為 800 至 1300 納米) 被一分為二,，形成兩個光束。其中一束發(fā)射到取樣組織上,，另一束則發(fā)射到參考反射鏡上,。取樣臂掃描組織時，干涉儀對取樣組織后端反射回的光線執(zhí)行數(shù)字信號處理算法,，以達到深度解析的軸位掃描,。將這些掃描相互疊加即可形成組織的 2D 或 3D 影像。一般而言,，OCT 能夠以低于 10 微米的極高分辨率,，解析 3 至 5 毫米組織深度的影像。
在第一代時域系統(tǒng)中,，OCT 系統(tǒng)關鍵組件之一的參考反射鏡是機械組件,，因此動作緩慢，而且影像的分辨率有限,。第二代 OCT 系統(tǒng)以固定式參考反射鏡取代機械式參考反射鏡,，并運用光譜儀以及快速傅立葉變換 (FFT)、級數(shù)運算與對數(shù)壓縮等強大的數(shù)字信號處理技術,，以解析內(nèi)嵌深度信息,，并且與橫向掃描數(shù)據(jù)實時結合,，可使成像時間大幅縮短，同時提升影像分辨率,。
OCT 在生物醫(yī)學方面的應用
現(xiàn)在 OCT 醫(yī)療系統(tǒng)大多用于眼科,，但在過去幾年間，也出現(xiàn)了幾項新興的應用,。例如,，耳鼻喉科 (ENT) 醫(yī)師及兒科醫(yī)師也采用 OCT 技術作為診斷工具。一般而言,，醫(yī)生使用耳鏡檢查耳部,、外耳道及鼓膜是否有細菌感染而發(fā)紅的癥狀。而OCT 則可通過表皮及皮下膜的成像判斷是否感染致病細菌,，以提升診斷準確度,。服用幾次抗生素后，可使用 OCT 系統(tǒng)分析抗生素是否發(fā)揮效用,。如果感染的生物膜已經(jīng)去除,，則患者可以停止服用抗生素。
其他新興的 OCT 醫(yī)療應用包括牙科診斷系統(tǒng)及跨科手術技術運用,。牙醫(yī)可采用 OCT 成像技術來確定 X 光和目測都無法發(fā)現(xiàn)的早期齲齒及某些牙齦疾病,，以進行更有效的預防程序。
在跨科手術方面,，OCT 可在去除腫瘤的手術過程中分析有無癌癥,。一般而言，外科醫(yī)生取出腫瘤周圍組織時,，總是希望去除所有的癌癥細胞,。去除的腫瘤及周圍的組織會送至病理實驗室進行幾周的分析，然后做出手術后的書面報告,。由于 OCT 影像在組織學和病理學應用當中采用相同的分辨率,，因此手術室中的 OCT 系統(tǒng)能夠讓外科醫(yī)生在手術過程中確切知道需要去除多少組織，同時留下多少安全邊緣部份,，采用如此的做法便不會錯誤去除未感染癌癥的組織,，因而省卻后續(xù)手術的費用及痛苦。OCT 技術能夠讓醫(yī)生實時看見組織學分辨率的影像,，以便在第一次進行去除腫瘤的外科手術時做出更好的決定,。
日后會有更多實行 OCT 的醫(yī)療應用。例如,，OCT 能夠搭配穿刺活檢去除早期階段的小腫瘤,。對于罹患乳腺癌的病患，OCT 可搭配視覺及「智能型」信號處理技術,，引導針插入確切的腫瘤位置,，以查明疑似感染的組織，盡可能減少手術的侵入性,。對于心血管患者,，OCT 可搭配極小型導管支架，更準確得找出血管內(nèi)支架或檢查斑塊積聚的情況,。在這些類型的應用中,，先進的數(shù)字信號處理技術不僅能夠達到絕佳的影像畫質(zhì)，而且能夠進行組織分類,。
OCT 存儲方式的改變
用于醫(yī)療成像的 OCT 技術首度推出時,，采用個人計算機 (PC)作為系統(tǒng)平臺，后來第二代系統(tǒng)得以修改,，而目前開發(fā)中的第三代系統(tǒng)也將有所改變,。多個 OCT 系統(tǒng)制造商已經(jīng)或者即將采用嵌入式處理平臺，其中配備單一或多核數(shù)字信號處理器 (
DSP),，而非 PC 中使用的通用處理器 (GPP),。與傳統(tǒng)運算方式相比，DSP 的每毫瓦功耗所能達到的信號處理效能更高,，這意味著運用可編程算法即可得出準確的結果,，而不需要使用成本高的電源供應和散熱器件。DSP 型片上系統(tǒng) (SoC) 能夠讓功能強大的信號處理器與具有適當接口可進行數(shù)據(jù)處理,、內(nèi)存及儲存的系統(tǒng)應用處理器并存,，可幫助設計人員縮小系統(tǒng)體積尺寸并降低耗電量。采用 DSP 平臺可縮小系統(tǒng)的實際尺寸并降低耗電量,，因此不久的將來將有電池供電的可攜式 OCT 系統(tǒng)問世,。和便攜式超聲波系統(tǒng)一樣，便攜式 OCT 系統(tǒng)將有助于此技術獲得諸多診所及醫(yī)師辦公室的普遍采用,。此外,，對于處理自然災害和意外事故的醫(yī)療與急救專業(yè)人員來說，便攜式 OCT 系統(tǒng)將成為有效的即時診斷工具,。
圖 2. TI 多核 DSP 開發(fā)平臺用于醫(yī)療成像的范例
未來的醫(yī)療應用
在未來新一代 OCT 醫(yī)療成像技術的趨勢中,，功能更強大的多核 (DSP) 將得到部署，以縮短成像時間,，提高影像畫質(zhì),。處理 OCT 影像的軟件算法增強功能目前正處于開發(fā)階段。一項稱為全光纖偏振敏感光學相干層析系統(tǒng)OCT (PS-OCT) 的技術能夠運用處理算法將光信號極化,，以產(chǎn)生視覺對比度更高的影像,。高對比度的影像可以呈現(xiàn)齲齒中出現(xiàn)的小洞或者微小的囊腫和腫瘤。
另一項未來的 OCT應用可檢查眼部極為細小的血管,，其中 OCT可使用多普雷成像技術繪制血流量圖表,，估算血流速度,，原理與超聲波類似，但分辨率更高,，可早期診斷出糖尿病及某些眼部疾病,。可編程 DSP 架構能夠針對信號處理應用提供準確的可擴展平臺,，因此有助于此類新型算法的開發(fā)及快速部署,。
