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影像。由于眼部組織呈半透明狀，因此 OCT 可提供顯現視網膜病變的影像，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)、級數運算與對數壓縮等強大的數字信號處理技術，以解析內嵌深度信息，并且與橫向掃描數據實時結合，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
現在 OCT 醫(yī)療系統(tǒng)大多用于眼科，但在過去幾年間，也出現了幾項新興的應用。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，先進的數字信號處理技術不僅能夠達到絕佳的影像畫質，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)制造商已經或者即將采用嵌入式處理平臺，其中配備單一或多核數字信號處理器 (
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據處理、內存及儲存的系統(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。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，以產生視覺對比度更高的影像。高對比度的影像可以呈現齲齒中出現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?？删幊?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。
