技术创新促进高级 OCT 成像应用发展

2011-08-26 17:12:27来源: ti
   

    过去几年间,光学相干断层扫描技术 (OCT href="http://www.chinaaet.com/search/?q=OCT">OCT) 获得长足的发展。自从 OCT 问世以来,眼科医生便运用近红外线技术拍摄眼后段结构的高画质影像。由于眼部组织呈半透明状,因此 OCT 可提供显现视网膜病变的影像,藉以诊断和监控青光眼及黄斑水肿等视网膜疾病。如今,许多以 OCT 为基础的医疗应用已臻成熟,另外有多项全新应用正在开发阶段。

图 1. 眼科医生运用 OCT 仪器的范例

 

    OCT 成像的原理与超声波类似,只不过是运用反射的近红外线做为成像媒介形成影像,而非运用反射的声波。近红外线光源 (一般为 800 至 1300 纳米) 被一分为二,形成两个光束。其中一束发射到取样组织上,另一束则发射到参考反射镜上。取样臂扫描组织时,干涉仪对取样组织后端反射回的光线执行数字信号处理算法,以达到深度解析的轴位扫描。将这些扫描相互叠加即可形成组织的 2D 或 3D 影像。一般而言,OCT 能够以低于 10 微米的极高分辨率,解析 3 至 5 毫米组织深度的影像。
 
    在第一代时域系统中,OCT 系统关键组件之一的参考反射镜是机械组件,因此动作缓慢,而且影像的分辨率有限。第二代 OCT 系统以固定式参考反射镜取代机械式参考反射镜,并运用光谱仪以及快速傅立叶变换 (FFT)、级数运算与对数压缩等强大的数字信号处理技术,以解析内嵌深度信息,并且与横向扫描数据实时结合,可使成像时间大幅缩短,同时提升影像分辨率。

OCT 在生物医学方面的应用

    现在 OCT 医疗系统大多用于眼科,但在过去几年间,也出现了几项新兴的应用。例如,耳鼻喉科 (ENT) 医师及儿科医师也采用 OCT 技术作为诊断工具。一般而言,医生使用耳镜检查耳部、外耳道及鼓膜是否有细菌感染而发红的症状。而OCT 则可通过表皮及皮下膜的成像判断是否感染致病细菌,以提升诊断准确度。服用几次抗生素后,可使用 OCT 系统分析抗生素是否发挥效用。如果感染的生物膜已经去除,则患者可以停止服用抗生素。

    其他新兴的 OCT 医疗应用包括牙科诊断系统及跨科手术技术运用。牙医可采用 OCT 成像技术来确定 X 光和目测都无法发现的早期龋齿及某些牙龈疾病,以进行更有效的预防程序。

    在跨科手术方面,OCT 可在去除肿瘤的手术过程中分析有无癌症。一般而言,外科医生取出肿瘤周围组织时,总是希望去除所有的癌症细胞。去除的肿瘤及周围的组织会送至病理实验室进行几周的分析,然后做出手术后的书面报告。由于 OCT 影像在组织学和病理学应用当中采用相同的分辨率,因此手术室中的 OCT 系统能够让外科医生在手术过程中确切知道需要去除多少组织,同时留下多少安全边缘部份,采用如此的做法便不会错误去除未感染癌症的组织,因而省却后续手术的费用及痛苦。OCT 技术能够让医生实时看见组织学分辨率的影像,以便在第一次进行去除肿瘤的外科手术时做出更好的决定。

    日后会有更多实行 OCT 的医疗应用。例如,OCT 能够搭配穿刺活检去除早期阶段的小肿瘤。对于罹患乳腺癌的病患,OCT 可搭配视觉及「智能型」信号处理技术,引导针插入确切的肿瘤位置,以查明疑似感染的组织,尽可能减少手术的侵入性。对于心血管患者,OCT 可搭配极小型导管支架,更准确得找出血管内支架或检查斑块积聚的情况。在这些类型的应用中,先进的数字信号处理技术不仅能够达到绝佳的影像画质,而且能够进行组织分类。

OCT 存储方式的改变

 

    用于医疗成像的 OCT 技术首度推出时,采用个人计算机 (PC)作为系统平台,后来第二代系统得以修改,而目前开发中的第三代系统也将有所改变。多个 OCT 系统制造商已经或者即将采用嵌入式处理平台,其中配备单一或多核数字信号处理器 (DSP),而非 PC 中使用的通用处理器 (GPP)。与传统运算方式相比,DSP 的每毫瓦功耗所能达到的信号处理效能更高,这意味着运用可编程算法即可得出准确的结果,而不需要使用成本高的电源供应和散热器件。DSP 型片上系统 (SoC) 能够让功能强大的信号处理器与具有适当接口可进行数据处理、内存及储存的系统应用处理器并存,可帮助设计人员缩小系统体积尺寸并降低耗电量。采用 DSP 平台可缩小系统的实际尺寸并降低耗电量,因此不久的将来将有电池供电的可携式 OCT 系统问世。和便携式超声波系统一样,便携式 OCT 系统将有助于此技术获得诸多诊所及医师办公室的普遍采用。此外,对于处理自然灾害和意外事故的医疗与急救专业人员来说,便携式 OCT 系统将成为有效的即时诊断工具。

图 2. TI 多核 DSP 开发平台用于医疗成像的范例

未来的医疗应用

 

 
    在未来新一代 OCT 医疗成像技术的趋势中,功能更强大的多核 (DSP) 将得到部署,以缩短成像时间,提高影像画质。处理 OCT 影像的软件算法增强功能目前正处于开发阶段。一项称为全光纤偏振敏感光学相干层析系统OCT (PS-OCT) 的技术能够运用处理算法将光信号极化,以产生视觉对比度更高的影像。高对比度的影像可以呈现龋齿中出现的小洞或者微小的囊肿和肿瘤。
 
    另一项未来的 OCT应用可检查眼部极为细小的血管,其中 OCT可使用多普雷成像技术绘制血流量图表,估算血流速度,原理与超声波类似,但分辨率更高,可早期诊断出糖尿病及某些眼部疾病。可编程 DSP 架构能够针对信号处理应用提供准确的可扩展平台,因此有助于此类新型算法的开发及快速部署。

关键字:OCT  成像

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2011/0826/article_2435.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
OCT
成像

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 

夏宇闻老师专栏

你问我答FPGA设计

北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved