[摘要]对时域和频域光学相干层析术(Optical coherence tomography,OCT)系统的性能通过理
论计算

,进行分析和比较,对时域和频域 OCT 系统的特性进行深入的研究,为 OCT 系统的性能

分析和提升提供理论依据。

 

　　

[关键词]光学相干层析术时域频域 

　　中图分类号

:R1 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2009)1110005-01 

　　

 

　　一、引言

 

　　

 

　　光学相干层析术

[1](Optical Coherence Tomography,OCT)是最近十几年发展起来的高精

度医疗影像光学手段。它与光电信号处理技术、数字图像处理技术结合

,是继 X 光计算机断层

扫描

(CT)和核磁共振成像(MRI)技术后又一重要的医学成像技术进展。 

　　

 

　　二、时域

(TD)和频域(FD)OCT 成像技术原理 

　　

 

　　

OCT 技术是利用宽光谱低相干光来获得被测物质内部断面结构的成像方法,如图 1 所示。

装置的核心是迈克尔逊干涉仪。低相干光束经过半透半反镜分为两束

,一束作为探测光照射

样品

,另一束作为参考光通过参考臂反射和从样品返回的信号光在探测器表面产生干涉,最后

通过数字图像处理的方法对这些信息进行再现

,形成 OCT 图像。 

　　对于时域

OCT 系统,如图 1(a)所示,不同深度的检测由参考臂光程的快速扫描来实现(光

学延迟线

),其干涉信号强度可以表示为[2]: (1) 

　　其中

:为样品信号光与参考光之间的光程差;,分别为信号光和参考光的光强; 为信号光和

参考光的归一化复互相关函数

;为传播常数; 为信号光相对于参考光波的初相位。 

　　对于频域

OCT 系统,如图 1(b)所示,测得的信号是光谱,然后进行快速傅里叶逆变换,得到

样品不同深度的信息。设光电探测器阵列第

i 个单元接收到得信号强度是波数( )的函数,即

[3]: 
　　其中

:为光源谱密度; ,为参考臂和样品臂的反射率; 

　　为第个探测器的干涉相位差

;为探测器的响应率。对(2)式进行傅里叶逆变换,得到样品的

深度反射信息

(M 为采样间隔): 

　　时域

OCT 和频域 OCT 的纵向分辨率皆可表示为( 为光源谱宽): 

　　由此可知

,OCT 的纵向分辨率和光源的谱宽和中心波长有关,谱宽越宽,分辨率越高;且使

用短波长也会提高

OCT 系统的分辨率。 

　　

 

　　三、时域

OCT 和频域 OCT 的噪声分析 

　　

 

　　

OCT 系统的信噪比可以定义为干涉信号经光电转换后的信号电流和无信号时本底噪音

电流

 的方均根统计偏差的比值的平方: 

　　由

(1)式,干涉信号项产生的峰值光电流可以表示为: 

　　式中

: 为探测器的量子效率,e 是电子电荷,h 为普朗克常量,是入射光中心频率。噪音电流

的方均根统计偏差

 可以表示为: 

　　为冗余强度噪音。假设时域

OCT 系统工作在散粒噪音极限下,则: 

　　其中

:B 为电信号频谱带宽,如果认为干涉信号的频宽 和载频与 

　　式中

:为参考臂的群延时扫描速度。可见,在散粒噪音极限下,OCT 系统的信噪比与光源中

心波长的平方以及光源的功率成正比

,与光源的谱宽和群延时扫描速度成反比。结合(4)式,信

噪比与图像采集速率和纵向分辨率是互相矛盾的量。