光学相干断层扫描（OCT）是一种非侵入性，非接触式成像方式，用于可视化和监视生物组织形态的变化。OCT使用低相干干涉仪来创建横截面图像，以揭示感兴趣组织的亚表面细节。

在最常见的眼科应用中，OCT系统使用近红外光生成包括角膜，虹膜，晶状体，玻璃体和视网膜在内的组织微结构的高分辨率体积图像。这些图像可以增强对诸如青光眼，年龄相关性黄斑变性或糖尿病性视网膜病变等病理状况的洞察力。

OCT于1991年首次被证明，并迅速被认为是眼科的重要工具，并迅速成为视网膜诊断的护理标准。如今，OCT是最常订购的诊断测试之一。OCT技术不断发展，在眼科手术，胃肠道成像和介入性心脏病学等临床和非临床成像应用中越来越受欢迎。

OCT的工作过程与超声非常相似-当然，除了使用光代替声音外，OCT的作用也不同。低强度的近红外（NIR）光对准者。少量的这种光被反射回系统并被检测到。记录返回光的飞行时间，并将其用于生成图像，该图像显示目标组织的次表面细节。与超声相反，OCT不需要与患者进行任何身体接触。由于光的波长比声音的波长短得多，因此它还提供了更高的分辨率。因此，OCT能够显示比超声更好的细节。

另一方面，超声可用于更深入地观察组织，包括光学不透明的结构。例如，在眼科学中，OCT用于分别可视化角膜或视网膜的精细结构，而眼超声可产生整个眼睛的较粗糙图像，从而可以可视化大的视网膜脱离或玻璃体出血。

相干性是指光进行干涉的能力。在干涉仪中，来自单个光源的光被分束器分成两条路径。穿过这两个路径后，然后将光重新组合并导向检测器。如果从每个路径发出的光是相干的，则将在此检测器处观察到干扰信号。

在OCT系统中，使用了这样的干涉仪，并由“低相干”光源照明。仅当从样本和参考路径返回的光传播的路径在相干长度（通常为几微米）内匹配时，这些光源才会产生干扰。该光仅在这些非常精确的条件下发生干涉的事实使OCT具有非常好的轴向分辨率。光源的相干长度与其光带宽有关；也就是说，光源发出多少波长（或颜色）。带宽越宽，相干性越低，因此轴向分辨率越好。

OCT原理图系统如下所示。在这里，来自宽带光源的光被光纤耦合器（一个方便的，基于光纤的分束器）分成两条路径。光束之一直接指向要成像的样品，而第二光束指向具有可变路径长度的参考臂。来自样品的反向散射光与来自参考臂的反射光混合，并在干涉仪的输出处检测到。因为光源是“低相干”光源，所以只有在样本和参考路径的长度在光的相干长度内匹配时，才会观察到干涉条纹。在改变参考路径长度的同时，可以通过检测干涉仪的干涉输出来测量样品中各位置的反向散射光的时间延迟和强度。这个体现OCT被称为时域OCT，因为参考臂长随时间变化。

图1：OCT系统示意图。

光学相干断层扫描之所以被称为是因为它产生断层图像;也就是说，可以组合横截面切片以构建对象的体积图。在OCT中，这些断层图是通过在要成像的对象上扫描光而产生的。在每个位置，由后向散射光的时间延迟和强度都会产生深度分布图或A扫描。每次A扫描都会提供有关对象的反射或散射特性的信息，这些信息是所扫描光束的一个位置处的深度的函数。

然后，通过在整个样品上扫描光束并组装相邻的A扫描集合来生成横截面图像。这会产生断层图或组织的横截面切片，通常称为B扫描。通常，我们认为B扫描是进入对象的平面切片的图像，类似于您在穿过组织的单个组织切片中观察到的图像（但是以非侵入方式获得）。

然后从B扫描集合中构建体积图像。眼科OCT成像使用三种主要的体积图像：

矩形或光栅体积扫描：一系列并行的B扫描

径向  体积扫描：以规则的角度间隔进行的一系列B扫描

环形  体积扫描：形成同心环的一系列B扫描

这些扫描类型中的每一种在特定情况下都是有用的。例如，矩形体积最常用于黄斑成像，环形扫描通常用于在视神经乳头附近成像，而径向扫描对于成像角膜和眼前节最有用。

图2：使用光学相干断层扫描的扫描类型。

光谱域光学相干断层扫描（SDOCT）是OCT的一种更为有效的形式。它与时域OCT的不同之处在于，SDOCT系统使用专门设计的高速光谱仪分别检测干涉仪检测臂中所有的光波长。在这些系统中，参考臂保持静止，并且通过对返回光的光谱进行傅立叶变换（称为光谱干涉图）来获得组织的深度轮廓（A扫描）。这方便了OCT该系统可以一次检测样品中所有深度的光，而不仅仅是与参考臂匹配的深度。结果，与时域系统相比，SDOCT系统要快得多，并且产生的图像要明亮得多。

通过分光仪的明智设计，光源的选择以及数学技术的实施，可以对SDOCT系统进行定制，以为广泛的研究和临床应用提供出色的图像。Leica Microsystems EnFocus手术内OCT和Envisu临床及临床前OCT系统均采用SDOCT。

OCT系统允许实时采集和显示高分辨率3D图像

OCT系统可以针对广泛的应用量身定制，例如，提供亚微米轴向分辨率或成像深度超过15mm

OCT系统可以执行组织的“光学活检”，产生接近组织学分辨率的图像，而无需切除组织学并对其进行组织学处理以进行表征和诊断

临床OCT系统可以对前眼和后眼进行非接触式，非侵入性成像，并且形式多种多样。这些包括用于常规诊断的护理标准台式设备，用于对儿科或仰卧患者进行成像的手持设备以及用于对正在接受手术的患者进行成像的显微镜集成设备

高分辨率，快速和非接触式OCT成像用于临床前眼科研究，临床诊断以及眼科手术。临床前OCT成像系统，例如Leica Envisu R-Class，支持从小到大的动物眼研究，提供有关重要病理学和药物发现过程的重要信息。临床OCT系统（例如Envisu C级）可帮助诊断生理和病理性眼部疾病。最近的手术中OCT，例如EnFocus引入Leica的产品可在眼科手术期间向外科医生提供视觉解剖学反馈，从而有助于指导前段和后段病例的手术决策。

图3：EnFocus超深OCT在组织中的成像深度为11mm，可以看到完整的前视图。

图4：EnFocus Ultra-HD OCT具有≤4μm的精细轴向分辨率，可在视网膜剥离过程中清晰显示视网膜。