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上海光机所知识创新工程工作简报

（第二七六期）

2011年6月29日 

上海光机所研制成功用于生物组织活体成像的频域光学相干层析仪样机

近期，由中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室王向朝研究员课题组承担的上海市国际科技合作项目“用于生物组织活体成像的频域光学相干层析仪”通过上海市科委专家组验收。项目组在频域光学相干层析技术（Optical Coherence Tomography，OCT）方面取得创新进展，成功研制了“用于生物组织活体成像的频域光学相干层析仪”样机，实现了对活体生物组织内部微结构与血流速度的非侵入、高分辨层析成像。

王向朝课题组长期从事OCT技术研究，曾于九十年代末研发出时域OCT样机。2000年以后，该课题组开始致力于频域OCT技术研究。针对频域OCT受到复共轭镜像、直流量、自相干噪声等固有寄生像的干扰，导致其成像深度范围、灵敏度下降的问题，课题组将干涉测量中的正弦相位调制解调技术与频域OCT结合成功消除了复共轭镜像、自相干噪声等干扰，将频域OCT成像深度范围扩大为原来的两倍，实现了全深度成像。该研究成果发表在欧洲光学学会期刊《Journal of Optics A: Pure and Applied Optics》（Vol.9，422，2007）上，并被该杂志评选为年度研究亮点。在此基础上，课题组进一步实现了频域OCT的多普勒功能成像，并研制出一台光纤型频域OCT样机（图1）。该样机可实现大探测深度范围的活体组织结构层析成像，同时可对活体组织内血流进行多普勒功能层析成像。图2、3分别为该样机获得的志愿者手指皮肤、斑马鱼胚胎活体组织的在体层析图像（其中斑马鱼胚胎由中科院上海生命科学研究院健康科学研究所发育与疾病研究组提供）。该样机能够以每秒28，000 条A-line的采集速率实时获取生物组织的断层图像，避免了被测对象运动伪影（Motion Artifact）的产生，并可在几秒内完成对活体组织内几个立方毫米体积、微米级分辨率的三维在体层析成像。该样机在复共轭镜像去除、全深度成像、直流量与自相干噪声抑制、色散补偿等关键技术方面具有知识产权，申请国家发明专利3项，其中已获授权2项。

OCT是上世纪九十年代国际上发展起来的一种基于低相干光干涉术的光学层析成像技术，其深度分辨率比超声成像高2个数量级，可非侵入获取活体组织断层的光学显微图像。传统OCT系统基于时域探测方式，需要沿轴向进行光程机械扫描来获取深度信息（A-line），限制了其成像速度的进一步提高。近年来发展起来的频域OCT技术（Fourier/Spectral Domain OCT, FD-OCT or SD-OCT）通过探测干涉谱进行傅里叶变换来获取A-line信号，避免了光程机械扫描，与时域OCT相比成像速度更快，灵敏度更高，使对活体组织的大视场、高分辨、三维在体层析成像成为可能。

频域OCT在眼科、皮肤科、牙科、耳科、口腔科、食道、肠胃、心、肺等相关疾病的临床诊断以及发育生物学、神经学、组织工程等生命科学基础研究中有广泛的应用前景。课题组目前继续开展样机在微循环三维成像以及模式生物发育成像等方面的应用研究，以期为眼科疾病、心脑血管疾病、癌症等重大疾病的早期诊断、病情监测、手术导航、以及药物开发提供一种先进的数字医学影像工具。(信息光学与光电技术实验室供稿）

 图1 研发的频域OCT样机实物图

 

图2 志愿者手指皮肤的二维（左）及三维（右）在体层析成像结果

（三维层析成像体积：1.5×1.5×1.4mm3）

图3 斑马鱼胚胎头部眼睛部位的二维（左）及三维（右）在体层析成像结果

（三维层析成像体积：1×1.35×1.5 mm3）

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