關於之前推送的胸片和CT有很多的小伙伴關心射線對人體的傷害的問題，在醫學檢查射線的強度和劑量已經有嚴格的標准，偶爾進行一次CT掃描是沒有問題的，那么有沒有一種完全無害的掃描檢查呢？今天小編就給大家介紹一種無害、非介入的新型層析成像技術——光學相干斷層掃描技術 （Optical Coherence Tomography，簡稱 OCT），簡而言之就是利用無毒無害的光波進行人體組織的成像，OCT技術近年來發展飛快，特別是生物組織活體檢測和成像方面具有誘人的應用前景，已嘗試在眼科、牙科和皮膚科的臨床診斷中應用，特別是在眼底視網膜疾病的檢查中，可以檢測到視網膜不同層之間的厚度變化，從而發現和預防青光眼，白內障等眼科疾病。是繼 X-CT 和 MRI 技術之后的又一大技術突破。下文簡稱OCT技術。
1.OCT技術原理
OCT技術是一種成像方式類似於超聲波的技術，它使用光來代替超聲波生成圖像，基本原理是利用弱相干光干涉儀，不同深度的生物組織對於OCT設備發出的光波的后向反射的能力是不同的，通過測量光波反射回來時間間隔的不同，能夠獲取人體組織的結構信息，但由於光速非常快，所以這個時間間隔是普通的電子設備無法測量的，所以要用邁克爾遜干涉儀來獲得光在人體組織傳播的光程差。OCT技術具有大量的優點：無害、無損傷，非介入，圖像分辨率高且操作簡單便攜，尤其適合眼科檢查及其他光學檢測領域。
2.OCT技術發展
第一代時域OCT
時域OCT利用低相干成像原理，光源發出的光兩部分，一部分是經過平面鏡反射的參考光，另一部分是經過樣品反射回來的樣品光，根據干涉條件，只有一束光經過恆定光程差后才會發生干涉現象，所以時域OCT通過參考臂的移動制造光程差與相對應深度的光發生干涉從而獲得深度信息，實現橫向掃描是利用樣品的水平移動或旋轉，由於機械機構的移動速度不均勻，采集過程中要求樣本長時間靜止，所以誤差很大。
第二代頻域OCT
頻域OCT是在時域OCT的基礎上發展改進，系統結構如圖所示：頻域OCT用光電探測器用光譜儀（或衍射光柵+線陣CCD）代替參考臂的機械掃描結構，收集到的干涉圖樣進行傅里葉變化從而獲得深度信息，這樣不需要機械臂的移動，在一個固定位置就可以完成掃描，通過橫向兩個維度的掃描即可得到樣品的三維圖像，極大的提高了成像速度和精度。頻域OCT目前分為兩種：一是光譜域OCT（SDOCT）原理基本同上，它使用固定頻率的低相干光光源，另外一種掃頻OCT利用頻率可變的掃頻光源替代低相干光源，探測器也由線陣CCD換為單點探測器來檢測不同波長的干涉信號，掃頻OCT除了精度上的提高還具有其他OCT不具備的功能：傳統960nm低相干光源多應用與眼球成像，而波長1080nm掃頻光源對人體皮層的透射更強，可用於人體淺層皮膚細胞的成像，在眼球成像上也可以通過降低功率來保護眼球。
第三代功能OCT
隨着技術發展，OCT更多的向功能性發展，如采多普勒OCT利用多普勒濾波可對移動的組織如血管等部位進行成像，偏振OCT通過測量生物組織中的雙折射性質可以診斷其是否發生病變。目前OCT技術的發展方向為自適應光學、OCT分子成像法和OCT圖像的三維重構。
3.OCT技術中的醫學圖像處理
OCT圖像降噪技術
在實際應用中，由於生物組織的高散射性，照射到生物組織的入射光被生物組織內的顆粒所散射，形成無規則分布的顆粒狀衍射圖樣，即散斑噪聲。區別於傳統圖像噪聲，散斑噪聲形成原因復雜，並且由於OCT技術就是利用低相干光的后向散射，所以說散斑是不可避免的，是與信號共存的，目前有利用中值濾波、維納濾波的常規方法，但效果一般。頻域方法如小波變換、曲波變換和波原子閾值的方法，由於改進OCT結構降低成像噪聲的方法勢必帶來結構復雜化和成本增加，所以目前的發展更傾向於利用圖像處理方法降噪，各種針對散斑噪聲的降噪方法也在不斷探索中。
采用小波變換的方法去除噪聲的過程主要是選擇一個小波基函數，固定一個尺度因子，將它與信號的初始段進行比較；通過CWT的計算公式計算小波系數（反映了當前尺度下的小波與所對應的信號段的相似程度）；改變平移因子，使小波沿時間軸位移，重復上述兩個步驟完成一次分析；增加尺度因子，重復上述三個步驟進行第二次分析，循環執行上述四個步驟，直到滿足分析要求為止。
OCT圖像分割技術
早期，醫生根據眼底圖像上手工標注的感興趣區域分割輪廓，檢查和診斷相應器官組織的病變類型和程度，該過程不僅費時費力，而且主觀性強、重復性差，嚴重影響臨床診斷的效率和准確性。基於計算機輔助的 OCT 眼底圖像分割技術能夠幫助醫生得到分割結果，排除人工操作中的人為主觀因素，解決傳統手工分析的部分缺點。OCT圖像分割方法的研究一直是醫學圖像領域的熱點問題，經典的分割算法可以分為像素分類算法、模式識別的分類器算法、形變模型和全局優化方法等 具體算法如下圖：准確高效的分割OCT圖像對臨床診斷和治療都有着重要的意義。
最常見的算法如基於閾值的區域生長算法，從單個像素出發，按照一定的生長准則，將具有相似性質的像素合並構成同一區域。如圖所示最左邊是模板圖像及選定的兩個種子點1和5 通過不同閾值的生長條件限定如左2為閾值為3時圖像被完整分割為兩部分，分割效果理想，第三章圖是閾值為1的限制2和7無法與種子點合並，如果閾值過大則會出現最右側無法准確分割的情況。
同樣還有比較直觀的基於邊界輪廓的算法，如主動輪廓算法（snake），給定圖像的初始曲線在內力和外力的作用下沿着曲線的法向量方向不斷去演化知道曲線達到目標邊緣。
OCT圖像三維重構技術
傳統的OCT成像都是二維圖片的，但這樣對組織的觀察仍不夠直觀，隨着三維重構技術的發展，將多幅OCT圖像重構成三維模型可以直觀准確的發現病變位置。如圖在眼底病變的檢測中應用OCT圖像的三維重構后，可以清楚地看到RNFL層的厚度，而RNFL層厚度的變化對於青光眼、白內障等眼科疾病具有重要的醫學價值。
常用的方法有灰度重心法，把當前部分的每一個像素的灰度大小看做這個像素的“質量”來求整個圖像的重心進行重構，或者采用邊緣檢測，將具有相似的邊緣進行拼接重構，然后利用計算機圖形學進行三維圖像的重繪，從而顯示出穩定的三維圖像。
結束語
OCT技術是一種近年來發展較快的掃描成像技術，由於其無傷害、非介入的特點，特別適合眼科、牙科的生物組織成像。目前硬件的相關技術探索已趨於結束、如何利用圖像處理技術提高成像質量、豐富成像功能從而降低OCT儀器成本造福於更多患者成為一個亟待解決的課題。相信隨着醫學影像技術的不斷發展，會有更多好的圖像處理算法應用在OCT圖像的處理上。
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